Apresentamos uma técnica que permite a separação espacial de diferentes conformadores ou aglomerados presentes em um feixe molecular. Um defletor eletrostático é usado para separar espécies por sua proporção de momento massa-dipolo, levando à produção de conjuntos de fase de gás de um único conformador ou estoquiometria de cluster.
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Artigo de método
Separação Espacial de Conformadores Moleculares e Clusters
Neste artigo
Resumo
Resumo
Física molecular em fase de gás e experimentos de química física geralmente usam expansões supersônicas através de válvulas pulsadas para a produção de feixes moleculares frios. No entanto, esses feixes geralmente contêm vários conformadores e aglomerados, mesmo a baixas temperaturas de rotação. Apresentamos uma metodologia experimental que permite a separação espacial dessas partes constituintes de uma expansão de feixe molecular. Usando um defletor elétrico, o feixe é separado por sua proporção de momento de massa para dipolo, análogo a um dobrador ou a um espectrômetro de massa do setor elétrico dispersando espacialmente moléculas carregadas com base em sua relação massa-carga. Este defletor explora o efeito Stark em um campo elétrico inhomogêneo e permite a separação de espécies individuais de moléculas e aglomerados neutros polares. Além disso, permite a seleção da parte mais fria de um feixe molecular, já que estados quânticos de baixa energia rotacionais geralmente experimentam a maior deflexão. Diferentes isômeros estruturais (conformadores) de uma espécie podem ser separados devido ao arranjo diferente de grupos funcionais, o que leva a momentos distintos de dipolo. Estes são explorados pelo defletor eletrostático para a produção de uma amostra conformamente pura de um feixe molecular. Da mesma forma, estoquitometrias específicas de cluster podem ser selecionadas, pois o momento de massa e dipolo de um determinado aglomerado depende do grau de solvação em torno da molécula-mãe. Isso permite experimentos em tamanhos e estruturas específicas de aglomerados, permitindo o estudo sistemático da solvação de moléculas neutras.
Introdução
Os modernos experimentos de física molecular e química física em fase de gás frequentemente usam expansões supersônicas de moléculas-alvo para produzir amostras moleculares rotacionalmente frias dentro de um feixe molecular. No entanto, mesmo a baixas temperaturas de rotação de 1 K, que podem ser rotineiramente alcançadas usando expansões supersônicas, grandes moléculas ainda podem permanecer em múltiplas conformações dentro do feixe1. Da mesma forma, a produção de aglomerados moleculares em uma fonte de feixe não resulta em uma única espécie, mas sim na formação de uma "sopa de cluster", contendo muitas estoquitometrias de aglomerados diferentes, bem como ....
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Protocolo
1. Descrição da Configuração Experimental
Um esquema da configuração e defletor do feixe molecular da fase gasosa é mostrado na Figura 221. Consiste em
- Uma válvula Even-Laviepulsada 29 contendo a amostra molecular. Outras válvulas de feixe molecular pulsadas podem ser usadas igualmente bem, desde que um feixe molecular frio (O(1 K)) seja formado. Os seguintes parâmetros são específicos para a válvula Even-Lavie empregada. Nos experimentos aqui apresentados, a válvula é operada a uma taxa de repetição de 20 Hz com altas pressões de apoio (hélio a ~50 bar) e expandida para uma câmara de vácuo e....
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Resultados
A técnica de deflexão eletrostática foi aplicada com sucesso à separação dos isômeros estruturais16 e dos clusters neutros21,bem como à produção de amostras moleculares selecionadas pelo estado quântico rotacional31. Demonstramos isso com resultados representativos para a separação de conformadores cis e trans de 3-fluorofenol, e tamanho selecionado indole (H2O)n clusters.
Os conformadores de fluorofenol foram separados e.......
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Discussão
Ao longo deste manuscrito, a familiaridade com componentes de vácuo ultra-alto, válvulas de feixe molecular pulsadas e fontes de laser é assumida e os procedimentos de segurança associados devem ser sempre respeitados. É preciso ter cuidado especial ao manusear os eletrodos de alta tensão para o defletor. Suas superfícies precisam ser polidas a um alto padrão e devem ser absolutamente limpas para evitar arcos dentro da câmara de vácuo. Antes do primeiro uso, os eletrodos devem ser condicionados sob vácuo. A tensão aplicada é lentamente aumen.......
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Divulgações
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado pelo cluster de excelência "O Centro de Excelência para Imagem Ultrarrápida – Estrutura, Dinâmica e Controle da Matéria na Escala Atômica" da Deutsche Forschungsgemeinschaft e pelo Instituto Virtual Helmholtz "Caminhos Dinâmicos em Paisagens Multidimensionais".
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Sistema de vácuo | vários, por exemplo. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold | ||
| Sistema de laser de corante | vários, e.g. Coerente, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Corantes Radiantes… | ||
| Válvula pulsada | Even-Lavie | ||
| Fonte de alimentação de alta tensão | , por exemplo. FUG | HCP 14-20000 | |
| Defletor | |||
| Espectrômetro de tempo de voo | Jordan TOF | C-677 | |
| Fonte de alimentação TOF | Jordan TOF | D-603 | |
| Lente de foco | Thorlabs | LA4745 | |
| Estágio de tradução | por exemplo. Digitalizador Vision Lasertechnik | 8MT167-25 | |
| por exemplo. Agilent | Acquiris DC440 | ||
| Gerador de atraso digital | Stanford Systems | SRS DG645 | |
| Skimmer de feixe molecular | Beam Dynamics Inc. | http://www.beamdynamicsinc.com/ |
Referências
- Rizzo, T. R., Park, Y. D., Peteanu, L., Levy, D. H. Electronic spectrum of the amino acid tryptophan cooled in a supersonic molecular beam. J. Chem. Phys. 83, 4819-4820 (1985).
- Itatani, J., et al. Tomographic imaging of molecular orbitals. Nature. 432, 867....
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Reimpressões e permissões
