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Engineering

波長可変真空紫外(VUV)放射光を用いた分子線質量分析

doi: 10.3791/50164 Published: October 30, 2012

Summary

シンクロトロンで調整可能な真空紫外光イオン化質量分析装置に結合された分子線は孤立気相分子·クラスターの電子構造を探索するのに便利なツールを提供します。 DNA塩基二量体のプロトン移動機構は、この技術を用いて解明した。

Abstract

質量分析に結合された調整可能なソフトなイオンは孤立分子、複合体およびクラスタとその分光とダイナミクス1-4を調査するための強力な方法です。生体分子の光イオン化過程の基礎的研究は、これらのシステムの電子構造に関する情報を提供します。さらに、気相中でイオン化エネルギーと生体分子の他の特性の決定は簡単ではありません、そして、これらの実験は、これらのデータを生成するためのプラットフォームを提供します。我々は、気相中にこれらの種を輸送するために穏やかな方法を提供しています超音速分子ビームと相まって熱蒸発法を開発した。原料ガスと温度の賢明な組み合わせは、二量体とDNA塩基の高いクラスターの形成を可能にします。この特定の仕事の焦点は、イオン化エネルギーで、非共有結合性相互作用、 すなわち 、水素結合、スタッキング、静電相互作用の影響にあり、個々の生体分子、その複合体、水1、5月9日が合意マイクロ水和プロトン移動。

我々は、高度な光源と実験の詳細にある化学ダイナミクスビームライン10で放射光と相まって気相ウ ​​ラシルおよび分子ビームを用いた1,3 - dimethyluracilダイマーの光イオン化ダイナミクスの実験的·理論的特性評価を行ったここに視覚化されます。これは、私たちは1,3 - dimethyluracilダイマーにおけるプロトン移動、πスタッキングジオメトリを持つとない水素結合が1のシステムを観察することができました。分子ビームはお返しに電子構造計算11,12との正確な比較を可能にする環境変動から関心のあるサンプルを単離するために非常に便利で効率的な方法を提供します。シンクロトロンからの光子エネルギーを調整することによって、光イオン化効率(PIE)の曲線は、カチオン性についての私達に知らせるプロットすることができます電子状態。これらの値は、理論モデルや計算に比べて、順番に、詳細に調べ種1、3の電子構造とダイナミクスを説明することができます。

Protocol

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1。サンプルの読み込み

  1. フランジバックを取り外して、装置から3/8 "ステンレスノズル管を分解します( 図1および図2を参照)、それがきれいであることを確認して、100 mmのオリフィスがクリアされている(これは、を介して光源を見ることによって行うことができますそれ)。手入れは、〜1 mlのエタノールで管を埋めると綿のヒントを使用して、内部をスクラブ。代わりに、約20分間石鹸と水またはエタノールで満たさ超音波浴にノズルを配置します。圧縮空気で乾いた。
  2. 近くにオリフィス、ノズルの前部でサンプル250mgの約小さな、きれいなへら、場所を使用して、それをブロックしていない。ブロックされてからオリフィスを避けるための良い方法は、オリフィスの目の前に小さなアルミホイルボールやグラスウールを配置し、試料粉末を追加することです。それは管の前面25ミリメートルであることを確認するためにチューブに試料をプッシュするために綿棒を使用しています。このフロント部分には、温水を含むことになるゾーン。
  3. 内部の試料粉末の移動を避けるために慎重に装置にノズルを取り付けます。その後鳥かごアダプタ( 図2を参照)、ヒーターブロックと熱電対( 図3を参照)を添付します。
  4. 真空チャンバーを閉じる前に、22.5インチであることがノズルの先端にフランジ面からの距離を測定し、これはノズルとスキマーの間に0.5インチが可能になります。
  5. 真空チャンバーが閉じているときは、それらがよくフィードスルーコネクタに接続していることを確認しヒーターカートリッジと熱電対の接続をテストします。
  6. キャリアガス入口弁が閉じていることを確認してください。
  7. 通気弁(それが使用された場合)を閉じます。
  8. ゆっくり粗引きポンプ(4バルブ)を使用して、ポンプ室始め、チャンバー内の圧力が<1トルであるとき、(5ポンプ)ターボ分子ポンプを起動します。
  9. チャンバー内の圧力が<10 -6 Torrである場合には、イオン光学系に電圧を印加飛行時間質量分析計の時間、マイクロチャネルプレート検出器(後者の電圧は徐々にオンにする必要があります)の(様々な電圧については図1を参照)。
  10. チャンバー内の光子ビームを可能にするために、VUV​​シャッターを開きます。
  11. キャリアガス入口弁を開き、460に背圧レギュレータを設定する(これは真空レギュレータであり、0〜-760ト​​ルに負のスケールで測定し、460に設定さ故に時に300トールにライン内の圧力を調整します) 。
  12. これらの条件下では、ソースおよび質量分析計のチャンバ内の圧力は、約1×10 -6 torrからそれぞれ約1×10 -6トル、でなければなりません。

2。マススペクトルの取得

  1. コンピュータ上で、FASTカード(型番P7889、100 PS / bin)にソフトウェアを起動し、バックグラウンドで実行してみましょう。
  2. "一般Interface.vi" *( 図4):LabVIEWデータ集録プログラムを開きます

(*このソフトウェアおよび他のLabVIEWコードはビームラインで開発され、対応する著者から無償のために共有することが可能ですされた)

  1. LabVIEWソフトウェアでALSの[コントロール]タブ使用して、所望の波長に光子エネルギーを設定します。
  2. スケーラータブで、一緒にビニングする時間単位数(通常は32)、 範囲 (ビン数)とスイープを ( ​​質量スペクトルの数が最終的な質量スペクトルを形成するために互いの上に追加された)を設定これらの値は保存され、使用されるように、[Accept]をクリックします。
  3. 次に、データの集録を開始するには、 データを取得します。買収が終わったときに、マススペクトルは、画面に表示されます。
  4. 保存ボタンをクリックすることにより、質量スペクトルを保存します。 (得られたスペクトルのX軸が100ps単位でイオンの飛行時間に相当します)
光イオン化効率曲線(PIE)のTLE "> 3。取得

  1. LabVIEWソフトウェアのALS Scan]タブ( 図5)を使用して 、チューニングビームラインモータの1ながら、データを取得することが可能です。このケースでは、別の光子エネルギー(シンクロトロン内部アンジュレータが所望の波長と一致するように自動的に移動します)上でチューニングするモータ" モノT3のエネルギー"を選択します。目的の値(EV内)に光子エネルギーを設定します。
  2. Startと Stop エネルギー (EVの)だけでなく、ステップ·サイズを入力します。
  3. スイープの数を入力しないでください - これはあなたがステップ2.4​​で入力した値によって自動的に更新されます。
  4. フォトダイオードで測定された光電流を読み取るためにK486からの電流を読む]をクリックします。
  5. 次に、スキャンを開始するには[スタート]をクリックします。あなたは、データが実行の終了時に保存されるファイル名を選択する画面が表示されます。
  6. データファイルの詐欺の最初の列ビン番号(ビン#)を維持·13質量単位に変換する必要があります。典型的な値は次のとおりです。質量= 0.6 + 1xE-3(ビン#)+ 5xE-7(ビン#)^ 2(より正確な質量校正は既知のガスの混合物、あるいは室内空気ほとんどすなわち 、O 2、Nを用いて行うことができる2とH 2 O混合物および二次多項式への彼らの到着時刻を当てはめる)
  7. 質量に変換された第1列とデータファイルを保存します。
  8. PIEの曲線をプロットするには、1つの簡単な方法は、スキャンデータを分析し、パイを生成するように設計されている "ALSエネルギーscan.vi"と呼ばれる第二LabVIEWプログラムを使用することです。

4。光イオン化効率曲線(PIE)をプロット

  1. 上で述べたように、分析は"ALSエネルギーscan.vi"プログラム( 図6を参照) 使用して行うことができます、しかし、我々はまた、ここでなくても、データを分析するために必要な手順について説明します。
  2. プログラムを起動するときは、ファイルcontaininを選択するように求めるメッセージが表示されますグラムデータ。これは、手順3.7で保存したファイルであり、最初の列と隣の列に別の光子エネルギーでのイオンカウントで大衆が含まれています。ファイル内の1行目と2行目は、それぞれ、その列のデータの光子エネルギーと光電流を示していることに注意してください。
  3. 上部パネルでデータの2次元プロットがある;赤い水平マーカーを移動すると、下のパネルに表示される特定の光子エネルギーで質量スペクトルを選択します。
  4. 次のステップは、バックグラウンドシグナルを差し引くことながら、各光子エネルギーで特定の質量のイオンカウントを統合することです。下部パネルでは、2つの縦の赤いマーカーがバックグラウンド値として役立つことができるデータのない近くの地域の周りに2つの青色のマーカー間に統合することを可能にする質量ピークの周りに設定されるべきである。ソフトウェアには、右側のパネルの背景マイナス統合されたデータを提示します。
  5. 真のPIE曲線を提示する1は、さまざまな光子束にイオン数を修正する必要がありますtはすべてのステップ。これはソフトウェアによって自動的に行われます。あなたはこの補正をスキップした場合は、トップパネルの右側に現在の補正ボタンをオフにする]をクリックします。手動でこの手順を実行することを選択した場合、光子エネルギーあたりのフォトダイオードの量子効率(フォトダイオードの製造元から入手し、それに対応する者を経由して利用可能)も考慮する必要があり、式(1)を参照してください。そうでなければ、これはすべてのソフトウェアによって自動的に行われます。

式(1)

  1. 訂正のPIE曲線を保存するには、右下隅にスペクトルを保存 ]をクリックします。

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Representative Results

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図7は、1,3 - dimethyluracil蒸気()と3つの主な機能(のPIE曲線のm / z 140は、m / z 141でプロトン化された単量体、および、1で単量体の超音速膨張の典型的な質量スペクトルを示すのm / z 280)で,3-dimethyluracilダイマーとして8 eVと10 eVの(B)の間のVUVスキャンから抽出された。灰色の影が3回連続してスキャンからの標準偏差である。

図1
図1に示す電圧に実験装置の概略図。 (1)マイクロチャンネルプレート検出、(2)反射鏡、抽出のためのイオン光学系(3)分子線領域、(4)。

図2
図2。

図3
ノズル、加熱カートリッジと熱電対を用いて図3 Heaterブロック。

図4
図4データ収集プログラムのグラフィカルユーザーインターフェイスが。 拡大図を表示するにはここをクリック

図5
図5:データacのグラフィカル·ユーザー·インターフェース光イオン化効率スキャンのquisitionプログラムは。 拡大図を表示するには、ここをクリックしてください

図6
図6:データ解析プログラムのグラフィカルユーザーインターフェイスが。 拡大図を表示するにはここをクリック

図7
図7質量スペクトルおよび1,3 - dimethyluracil分子線用の光イオン化効率曲線。

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Discussion

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単量体と二量体は、分子線を生じさせる超音速ジェットの拡張に生成されます。 DNA塩基の小サンプルを熱蒸発源に配置し、十分な蒸気圧を発生させるために加熱される。アルゴンガスは、100μmの開口部を通って蒸気を運び、冷たい分子線14を生成するために2mmのスキマーを渡します。試料は、質量分析計のリペラプレート(イオン光学系)に取り付けられて、加熱されたオーブン内に配置されている代わりに、感情をあらわにしたビーム源を使用することができる。

私たちはそっと単一光子イオン化により分子をイオン化する(7.4から25 eV)の真空紫外光を使用して、この方法では、断片化や二次加工を最小限にし、電子衝撃スキームを活用従来のイオン化技術より優れています。イオンは、彼らが最終的に午前によって検出されたワイリーマクラーレン13リフレクトロン飛行時間型質量分析計の相互作用領域で生産されていますicroチャネルプレート。検出器の出力は、データをさらに解析するために保存されたパーソナルコンピュータでプリアンプとmultiscalerカードに供給されます。準連続放射はシンクロトロン(高度な光源)に位置アンジュレータから到着した後、光の高調波を除去し、5 meVの最大解像度を提供するために、3メートル分光器を介して分散されているガスフィルタを通過します。

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Acknowledgments

実験は、高度な光源、ローレンス·バークレー国立研究所で化学ダイナミクスビームラインで行われ、契約番号DE-AC02-05CH11231下、米国エネルギー省の科学局、基礎エネルギー科学局によってサポートされていました化学科学部門を通じて。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Uracil Sigma U0750
1,3-Dimethyluracil Aldrich 349801

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References

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波長可変真空紫外(VUV)放射光を用いた分子線質量分析
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Cite this Article

Golan, A., Ahmed, M. Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation. J. Vis. Exp. (68), e50164, doi:10.3791/50164 (2012).More

Golan, A., Ahmed, M. Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation. J. Vis. Exp. (68), e50164, doi:10.3791/50164 (2012).

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