Separação Espacial de Conformadores Moleculares e Clusters

O objetivo geral do experimento a seguir é separar espacialmente diferentes espécies, como aglomerados conformadores ou estados quânticos na fase gasosa, facilitando novos experimentos nessas amostras. Isso é conseguido produzindo primeiro um feixe molecular supersônico rotacionalmente frio contendo as espécies de interesse. Como segundo passo, as diferentes espécies presentes no feixe precisam ser separadas espacialmente, o que é obtido usando campos elétricos fortes e homogêneos, separando as espécies por seus momentos de dipolo efetivos induzidos pelo efeito austero.

Em seguida, as distribuições espaciais das espécies são investigadas usando ionização multifotônica aprimorada por ressonância para identificar áreas onde apenas uma única espécie está presente. São obtidos resultados que mostram a separação espacial de CYS e isômeros trans de três fluoroetanol, bem como a separação de aglomerados de água de indu puro com base no rendimento de ionização multifóton aprimorado residente totalmente seletivo de espécies registrado em função da posição espacial no feixe molecular. A principal vantagem desta técnica sobre as técnicas existentes como hpo, focalizador ou tubo de deriva de mobilidade de ferro, que o defator elétrico é muito mais fácil de implementar e mais geralmente aplicável.

As implicações desta técnica se estendem a aplicações em imagens de quadros moleculares, bem como experimentos de difração de elétrons e raios-x, pois requerem amostras puras e homogêneas Na fase gasosa, um esquema da configuração e defletor do feixe molecular da fase gasosa é mostrado aqui e consiste nos seguintes componentes. O primeiro componente é uma válvula Evan Levy pulsada contendo a amostra molecular. Nos experimentos apresentados aqui, a válvula é operada a uma taxa de repetição de 20 hertz com cerca de 50 bar de pressão de apoio de hélio e expandida para uma câmara de vácuo, evacuada para menos de 10 elevado a seis negativos para mbar.

Um skimmer de feixe molecular de dois milímetros de diâmetro é colocado 22 centímetros a jusante da válvula que reveste o feixe molecular e leva a condições de bombeamento diferencial entre a válvula pulsada e o resto do sistema de vácuo. Imediatamente após o skimmer, as moléculas entram no dispositivo de deflexão eletrostática. Isso consiste em uma haste de raio de três milímetros e uma calha com raio de curvatura de 3,2 milímetros cada uma com 24 centímetros de comprimento.

A distância vertical entre os eletrodos no centro do dispositivo é de 2,3 milímetros. Uma diferença de potencial entre zero e 26 quilovolts é aplicada entre a haste e a calha, produzindo um forte campo elétrico homogêneo com um gradiente de campo quase constante, conforme indicado na inserção, logo após as moléculas defletoras entrarem na região de interação através de um segundo skimmer, fornecendo um estágio de bombeamento diferencial adicional. A região de interação evacuada para pressões inferiores a 10 elevado ao nono milibar negativo contém um tempo de voo padrão da Wiley McLaren, as moléculas configuradas são ionizadas por pulsos de laser focalizados no centro da região de extração entre os eletrodos repelente e extrator.

Os íons produzidos são acelerados em direção a uma placa multicanal ou detector MCP, onde um espectro de massa é registrado. Os pulsos de laser são derivados de um laser de corante pulsado duplo de frequência bombeada YAG de neodímio, fornecendo comprimentos de onda de saída típicos em torno de 283 nanômetros para os experimentos de O final, ou 272 nanômetros para os três experimentos de fenol fluorado e energias de pulso de alguns milijoules. As durações dos pulsos são da ordem de 10 nanossegundos e os pulsos são focados com a lente de distância focal de 750 milímetros para um tamanho de ponto de cerca de 100 mícrons na região de interação.

A sequência de temporização é controlada por um gerador de atraso digital que fornece o relógio mestre. Isso aciona o laser neo DMAC, a válvula de pulso e o cartão digitalizador usado para registrar espectros de massa. O cartão digitalizador é acionado ao mesmo tempo que o interruptor de sinalização do laser.

As densidades dos feixes moleculares são extraídas das portas de massa apropriadas nos espectros de tempo de voo registrados. Primeiro coloque algumas gotas de três fluorofenol em um pequeno pedaço de papel de filtro, depois carregue o reservatório de amostra da válvula pulsada com a amostra química, produza a expansão supersônica usando um gás de apoio de alta pureza e alta pressão, ajuste a temperatura do reservatório de amostra dentro da válvula de modo que a pressão parcial da amostra seja de aproximadamente 10 milibar. Para caracterizar o feixe molecular produzido, defina o laser de ionização para um comprimento de onda conhecido para ionização multifóton aprimorada por ressonância de um conformador específico da amostra registrar um perfil temporal do pulso do feixe molecular monitorando o rendimento total do íon pai no detector MCP em função do atraso do laser da válvula.

Um perfil temporal típico com o defletor eletrostático desligado é mostrado aqui para dois gases de arraste diferentes usando hélio. Uma largura temporal de aproximadamente 12 microssegundos de largura total na metade do máximo é observada típica para uma expansão de uma válvula de Evan levy sob essas condições de operação. Para comparação, um perfil temporal de uma viga assentada em neon também é mostrado.

Em seguida, fixe o atraso do laser da válvula na posição de intensidade máxima para todas as medições subsequentes. Registre um perfil espacial transversal do feixe molecular, movendo a lente de foco perpendicularmente à direção de propagação do laser, de modo que o foco se mova na direção Y em relação ao feixe molecular. Em seguida, repita o perfil temporal e espacial para todos os conformadores de interesse na viga.

Finalmente, ligue a alimentação de alta tensão para o defletor e registre os perfis espaciais de todos os isômeros, que agora devem ser desviados. De acordo com a razão entre o momento do mastro e o dipolo, três conformadores de etanol fluorado foram separados em um feixe molecular da expansão supersônica de 50 bar de hélio. As inserções mostraram as estruturas moleculares dos dois conformadores.

As espécies individuais foram sondadas por outras ressonâncias de ionização multifotônica aprimoradas por ressonância distinta em torno de 272 nanômetros. A espécie trans exibe um efeito severo significativamente maior do que o conformador cis. Isso leva a um momento de dipolo maior e efetivo, que é dado pela inclinação negativa das energias austeras.

Como resultado, o conformador transcon experimenta uma deflexão maior após a passagem pelo defletor e é espacialmente separado do conformador de cisto e do gás transportador do feixe. A distribuição espacial do feixe molecular é monitorada pela translação do laser de ionização multifóton aprimorado por ressonância em relação à direção do feixe molecular e os perfis espaciais são mostrados aqui. Os perfis livres de campo são mostrados pelo magenta para cys e ciano para curvas trans.

Estes produzem uma largura espacial do feixe molecular de cerca de dois milímetros e mostram que, sem o defletor, ambas as espécies estão misturadas dentro do feixe. A aplicação de uma tensão de deflexão de 14 quilovolts leva a uma separação espacial dos conformadores A separação aumenta quando tensões mais altas são aplicadas, como 28 quilovolts, conforme mostrado à direita na presença de um campo de deflexão. O conformador transcon sofre uma deflexão significativamente maior do que o conformador cis e pode ser efetivamente separado das outras espécies presentes no feixe, de modo que em uma posição de y igual a três milímetros, uma amostra trans pura é criada e pode ser utilizada para experimentos posteriores.

Para a preparação de feixes de aglomerados moleculares, como a água do indu, um coex expande o indu e a água da válvula do feixe molecular. Isso cria uma mistura de espécies, incluindo os respectivos monômeros, bem como aglomerados de composições variadas. Aqui demonstramos a geração de uma amostra pura do um indu.

Um dímero de água. Perfis espaciais para um feixe molecular de indu. Co expandido na presença de água são mostrados aqui.

A detecção desses perfis por meio de ionização multifóton aprimorada por ressonância é totalmente seletiva para a água Indo Indu e a água indu. Dois perfis mostrados aqui foram registrados com uma diferença de potencial de 26 quilovolts entre a haste e o eletrodo de calha. As linhas indicam valores simulados.

Detalhes dos métodos de simulação numérica podem ser encontrados na literatura. Para comparação, um perfil espacial aterrado de campo livre ou defletor é mostrado pela curva preta como esperado, o aglomerado um-para-um de indu e água experimenta a maior deflexão e, em uma posição de y, é igual a dois a três milímetros de feixe puro de água indu. Um é criado para destacar o efeito do defletor no perfil espacial do feixe molecular, a inserção mostra a densidade do feixe molecular da água indu, um, em função da diferença de potencial aplicada através do defletor.

Isso indica que, à medida que a intensidade do campo é aumentada, a parte mais fria do feixe molecular experimenta uma deflexão crescente, enquanto os constituintes mais quentes experimentam uma separação espacial significativamente menor e alguma densidade permanece na posição original. Além disso, isso destaca a seleção da parte mais fria do feixe molecular. Seguindo este procedimento.

Outros métodos, como imagem e alinhamento de quadros moleculares, podem ser significativamente aprovados ao permitir a extração de dados de quadros moleculares de amostras selecionadas pelo estado. E não se esqueça de que trabalhar com lasers é extremamente perigoso, portanto, precauções como usar óculos preventivos devem sempre ser tomadas.