Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

الجزيئية الطيف الكتلي مع الحزمة الانضباطي الإشعاع فوق البنفسجي فراغ السنكروترون (VUV)

doi: 10.3791/50164 Published: October 30, 2012

Summary

A الشعاع الجزيئي بالإضافة إلى مطياف الأشعة فوق البنفسجية الانضباطي الفراغ الشامل photoionization في السنكروترون يوفر أداة مناسبة لاستكشاف هيكل الالكترونية من جزيئات معزولة المرحلة الغازية ومجموعات. تم توضيح آليات نقل بروتون في dimers قاعدة DNA مع هذه التقنية.

Abstract

التأين الناعمة إلى جانب الانضباطي لطيف الجماعي هو وسيلة قوية للتحقيق في الجزيئات المنعزلة والمجمعات والتكتلات والتحليل الطيفي وديناميات 1-4. الدراسات الأساسية للعمليات photoionization من الجزيئات الحيوية توفير المعلومات حول بنية هذه النظم الإلكترونية. وعلاوة على ذلك قرارات من طاقة التأين وغيرها من الممتلكات من الجزيئات الحيوية في المرحلة الغازية ليست هينة، وهذه التجارب توفير منصة لتوليد هذه البيانات. قمنا بتطوير تقنية التبخير الحراري إلى جانب الحزمة الجزيئية الأسرع من الصوت التي توفر وسيلة لطيف لنقل هذه الأنواع في مرحلة الغاز. مزيج حكيم من الغاز المصدر ودرجة الحرارة يتيح تشكيل مجموعات dimers وأعلى من قواعد الحمض النووي. محور هذا العمل بصفة خاصة على آثار غير التساهمية التفاعلات، أي الرابطة الهيدروجينية، التراص، والتفاعلات كهرباء، على طاقات التأين ونقل بروتون من الجزيئات الحيوية الفردية والمجمعات وعند الدقيقة الماء من الماء 1، 5-9.

لقد أجرينا توصيف التجريبية والنظرية لديناميات photoionization من الغاز مراحل اليوراسيل وdimers 1،3-dimethyluracil باستخدام الحزمة الجزيئية إلى جانب الإشعاع السنكروتروني في Beamline حيوية الكيميائية التي تقع في 10 المصدر الضوء المتقدم والتفاصيل التجريبية وتصور هنا. يسمح هذا لنا لمراقبة نقل بروتون في 1،3-dimethyluracil dimers، نظام مع بي التراص الهندسة ومع عدم وجود روابط هيدروجينية 1. الحزمة الجزيئية توفر وسيلة مريحة للغاية وفعالة لعزل العينة من الاهتمام من الاضطرابات البيئية التي تسمح في المقابل مقارنة دقيقة مع هيكل الحسابات الإلكترونية 11 و 12. من ضبط طاقة الفوتون من السنكروترون، وكفاءة photoionization (PIE) يمكن رسم منحنى الذي يبلغنا عن الموجبةالولايات الإلكترونية. ويمكن بعد ذلك أن هذه القيم مقارنة مع النماذج النظرية وحساباته وبدوره، يشرح بالتفصيل بنية الإلكترونية وديناميات الأنواع التحقيق 1 و 3.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. عينة تحميل

  1. إزالة شفة العودة وتفكيك 3/8 "أنبوب المقاوم للصدأ فوهة من الجهاز (انظر الشكل 1 والشكل 2)، وتأكد من أنها نظيفة والفوهة 100 ملم واضحة (ويمكن القيام بذلك من خلال النظر في مصدر الضوء من خلال عليه). التنظيف و ملء الأنبوب مع الإيثانول ~ 1 مل وفرك داخل باستخدام نصائح القطن. بدلا من ذلك، وضع فوهة في حمام بالموجات فوق الصوتية مليئة بالماء والصابون أو الإيثانول لمدة 20 دقيقة. الجافة ثم مع الهواء المضغوط.
  2. باستخدام ونظيفة صغيرة ملعقة، مكان حوالي 250 ملغ من العينة في الجزء الأمامي من الخرطوم، بالقرب من فتحة ولكن ليس عرقلة ذلك. وهناك طريقة جيدة لتجنب فتحة منعت من الحصول على هو لوضع رقائق الألومنيوم الصغيرة الكرة أو الصوف الزجاجي أمام فوهة ثم قم بإضافة مسحوق العينة. استخدام القطن تلميح لدفع العينة في أنبوب لضمان وجوده في الجبهة 25 مم للأنبوب. وهذا الجزء الأمامي تشمل ساخنةالمنطقة.
  3. أعد الجهاز إلى فوهة بعناية لتجنب تحريك مسحوق العينة في الداخل. ثم إرفاق محول قفص العصافير (انظر الشكل 2)، وكتلة سخان الحرارية (انظر الشكل 3).
  4. قبل أن يغلق فراغ الغرفة، وقياس المسافة من سطح شفة لغيض من فوهة أن يكون 22.5 بوصة، وهذا سوف يسمح 0.5 بوصة بين فوهة ومقشدة و.
  5. عند إغلاق الدائرة الكهربائية، سخان خرطوشة اختبار وصلات لالحرارية تأكد من توصيل جيدا لتغذية الموصلات من خلال.
  6. تأكد من إغلاق صمام الغاز مدخل الناقل.
  7. أغلق صمام التنفيس (إذا تم استخدامه).
  8. تبدأ ببطء ضخ الدائرة باستخدام مضخات التخشين (4 صمامات)، وعندما ضغط في الغرفة هو <1 عربة، بدء تشغيل مضخات turbomolecular (5 مضخات).
  9. عندما يكون الضغط في الغرفة هو <10 -6 عربة، وتطبيق الفولتية الضوئية إلى ايونمن وقت الطيران مطياف الكتلة، وكشف عن لوحة صغيرة قناة (يجب أن تتحول الجهد على هذا الأخير على تدريجيا) (انظر الشكل 1 لمختلف الفولتية).
  10. فتح مصراع للسماح VUV شعاع الفوتون في القاعة.
  11. فتح مدخل صمام الغاز الناقل وتعيين منظم ضغط لدعم 460 (هذا هو المنظم الفراغ، وقياس في نطاق السلبية من 0 إلى عربة -760، وبالتالي عندما وضعت إلى 460 سوف تنظم في خط الضغط إلى 300 عربة) .
  12. في ظل هذه الظروف ينبغي أن الضغط في غرف مطياف الكتلة المصدر وتكون ~ 1 × 10 -6 و 1 عربة ~ X 10 -6 عربة، على التوالي.

2. الحصول على طيف الكتلة

  1. بدء بطاقة FAST (نموذج رقم P7889، 100 ب س / بن) والبرمجيات على جهاز الكمبيوتر والسماح لها تعمل في الخلفية.
  2. فتح برنامج الحصول على البيانات ابفيف: "Interface.vi العام" * (الشكل 4)

(* تم تطوير هذا البرنامج والآخر رموز ابفيف في beamline ومتاحة للمشاركة دون أي تكلفة من مؤلف كتاب المقابلة)

  1. باستخدام علامة التبويب التحكم في البرنامج ALS ابفيف، تعيين طاقة الفوتون إلى الطول الموجي المطلوب.
  2. في علامة التبويب قشارة، تعيين عدد وحدات الوقت الذي اهمال معا (32 عادة)، ومجموعة (عدد صناديق) والاحتلالات (عدد الأطياف الشامل أضيف في رأس كل منهما الآخر لتشكيل كتلة الطيف النهائي)، ثم انقر فوق قبول، بحيث سيتم تخزين هذه القيم واستخدامها.
  3. المقبل، انقر فوق إحضار بيانات للبدء في الحصول على البيانات. عندما اقتناء انتهى، فإن الطيف الشامل تظهر على الشاشة.
  4. حفظ الطيف الشامل عن طريق النقر على زر الحفظ. (المحور السيني من الطيف الحصول يتوافق مع زمن الرحلة ايون في وحدات PS 100)
TLE "3>. الاستحواذ على منحنى الكفاءة Photoionization (PIE)

  1. باستخدام علامة التبويب المسح الضوئي ALS (الشكل 5) في البرنامج ابفيف، فمن الممكن الحصول على البيانات أثناء ضبط واحدة من المحركات beamline. في هذه الحالة، حدد "مونو الطاقة T3" لضبط السيارات على الطاقات الفوتون مختلفة (وundulator داخل السنكروترون سينتقل تلقائيا لتتناسب مع الطول الموجي المطلوب). تعيين طاقة الفوتون إلى القيمة المطلوبة (في إف).
  2. أدخل البداية والطاقات إيقاف (في إلكترون فولت)، وكذلك حجم الخطوة.
  3. لا تقم بإدخال عدد من الاحتلالات - سيتم تحديث تلقائيا باستخدام هذه القيمة التي أدخلتها في الخطوة 2.4.
  4. انقر فوق ابدأ الحالية من K486 لقراءة photocurrent يقاس الثنائي الضوئي.
  5. المقبل، انقر فوق ابدأ لبدء المسح الضوئي. سوف يطلب منك اختيار اسم الملف حيث سيتم تخزين البيانات في نهاية المدى.
  6. العمود الأول في ملف البيانات يخدعتين عدد بن (بن #) وتحتاج إلى تحويلها إلى وحدات الشامل 13. القيم النموذجية هي: الكتلة = 0.6 + 1xE-3 (بن #) + 5xE-7 (بن #) ^ 2 (ويمكن أن يتم معايرة A الشامل أكثر دقة باستخدام مزيج من الغازات المعروفة أو حتى غرفة في الغالب أي الهواء O N 2 و H 2 و O خليط المناسب وقت وصولهم إلى متعدد الحدود من الدرجة الثانية)
  7. حفظ ملف البيانات مع العمود الأول تحويلها إلى كتلة.
  8. لرسم منحنى PIE، واحدة طريقة سهلة لاستخدام برنامج ابفيف الثاني يسمى "ALS الطاقة scan.vi" الذي يهدف إلى تحليل البيانات من مسح وإنتاج الفطائر.

4. التخطيط لمنحنى الكفاءة Photoionization (PIE)

  1. كما ذكر أعلاه، ويمكن أن يتم التحليل باستخدام "ALS الطاقة scan.vi" برنامج (انظر الشكل 6)، ومع ذلك فإننا سوف تصف هنا أيضا الخطوات اللازمة لتحليل البيانات دون ذلك.
  2. وعند بدء البرنامج يطلب منك تحديد ملف containinز البيانات. هذا هو الملف الذي قمت بحفظه في الخطوة 3.7 و تحتوي على الجماهير في التهم العمود الأيوني والأولى في الطاقات الفوتون مختلفة في الأعمدة القادمة. ملاحظة أن الصفوف الأول والثاني في ملف تشير إلى طاقة الفوتون وphotocurrent من البيانات في هذا العمود، على التوالي.
  3. في لوحة أعلى هناك مؤامرة 2D البيانات؛ تحريك العلامة الحمراء الأفقية يختار أطياف الشامل في الطاقة الفوتون محددة ليتم عرضها في الجزء الأسفل من اللوحة.
  4. الخطوة التالية هي دمج التهم أيون من كتلة معينة في كل طاقة الفوتون بينما طرح إشارة الخلفية. وينبغي في الجزء الأسفل من لوحة يتم تعيين اثنين من علامات الأحمر الرأسي في جميع أنحاء ذروة الكتلة لتكون متكاملة في حين أن علامات الزرقاوين اللذين حول المنطقة القريبة لا توجد بيانات التي يمكن أن تكون بمثابة قيمة الخلفية. يقوم البرنامج بعرض بيانات متكاملة ناقص الخلفية في لوحة على اليمين.
  5. لتقديم منحنى PIE صحيح لا بد من تصحيح التهم أيون لتدفق الفوتون متفاوتة علىر كل خطوة. يتم ذلك تلقائيا من قبل البرنامج. إذا اخترت لتخطي هذا التصحيح، انقر فوق إيقاف تشغيل زر التصحيح الحالية إلى يمين اللوحة العلوية. إذا اخترت القيام بهذه الخطوة يدويا، وكفاءة الكم من الثنائي الضوئي في طاقة الفوتون لابد من النظر كذلك (التي تم الحصول عليها من الشركة المصنعة الثنائي الضوئي ومتاحة عبر مؤلف كتاب المقابلة)، انظر المعادلة 1. خلاف ذلك، ويتم كل ذلك تلقائيا من قبل البرنامج.

المعادلة 1

  1. انقر فوق حفظ الطيف في الزاوية اليمنى السفلى لحفظ منحنى PIE تصحيحها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

الشكل 7 يظهر الطيف الشامل نموذجية للتوسع الأسرع من الصوت من 1،3-dimethyluracil الأبخرة (A) ومنحنيات PIE من السمات الرئيسية الثلاث (في مونومر في م / ض 140، مونومر البروتونية في م / ض 141، و 1 في ،3-dimethyluracil ديمر في م / ض 280) المستخرجة من مسح وVUV بين 8 و 10 فولت إلكترون فولت (B). ظل رمادي هو الانحراف المعياري من ثلاثة مسح على التوالي.

الشكل 1
الشكل 1. التخطيطي لجهاز التجريبية مع الفولتية مبين. (1) كاشف لوحة متناهية، (2) العاكس مرآة، (3) المنطقة الحزمة الجزيئية، (4) لاستخراج ايون البصريات.

الشكل 2
الشكل 2.

الشكل 3
الشكل 3. سخان كتلة مع الخرطوم، والتدفئة الحرارية خرطوشة.

الشكل 4
الشكل 4. واجهة المستخدم الرسومية للبرنامج الحصول على البيانات. اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .

الشكل 5
الشكل 5. واجهة المستخدم الرسومية لجنة التدقيق البياناتquisition برنامج لاجراء الفحوصات الكفاءة photoionization. اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .

الشكل 6
الشكل 6. واجهة المستخدم الرسومية للبيانات برنامج التحليل. اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .

الشكل 7
الشكل 7. A الطيف الشامل وphotoionization منحنى الكفاءة لشعاع 1،3-dimethyluracil الجزيئية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

يتم إنشاء مونومرات وdimers في التوسع طائرة أسرع من الصوت الذي يؤدي إلى شعاع الجزيئية. يتم وضع عينة صغيرة من الحمض النووي قاعدة في مصدر التبخر الحراري وتسخين البخار لتوليد ضغط كاف. الأرجون الغاز يحمل الأبخرة من خلال فتحة ميكرومتر 100 و يمر مقشدة مم 2 لإنتاج شعاع الباردة الجزيئية 14. وبدلا من ذلك، يمكن استخدام مصدر الحزمة بشكل مفرط، حيث يتم وضع العينة في فرن ساخن لوحة تعلق على مبيد الحشرات (أيون البصريات) من مطياف الكتلة.

نستخدم فراغ الأشعة فوق البنفسجية (7،4 حتي 25 فولت) لتأيين جزيئات بهدوء من التأين فوتون واحد، وهذه الطريقة تقلل من تجزئة والعمليات الثانوية وتقنيات لا مثيل لها من قبل التأين التقليدية باستخدام مخططات تأثير الإلكترون. ويتم إنتاج الأيونات في المنطقة من التفاعل ايلي ماكلارين 13 reflectron مطياف الكتلة وقت من الطيران حيث تم الكشف عن أنها في نهاية المطاف من قبل صباحاicro قناة وحة. ويتم تغذية الإخراج كاشف في مكبر للصوت قبل وبطاقة multiscaler في أجهزة الكمبيوتر الشخصية حيث يتم حفظ البيانات لمزيد من التحليل. الإشعاع شبه مستمر يصل من undulator تقع في السنكروترون (متقدم مصدر ضوئي)، ثم يمر من خلال مرشح الغاز حيث تتم إزالة التوافقيات أعلى من الضوء وفرقت عبر مستوحد اللون م 3 لتوفير أقصى قدر من قرار من 5 إلكترون فولت.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

وأجريت التجارب في Beamline من حيوية الكيميائية في مصدر الضوء المتقدم، مختبر لورنس بيركلي الوطني وبدعم من مكتب العلوم ومكتب علوم الطاقة الأساسية، من وزارة الطاقة في الولايات المتحدة بموجب العقد رقم DE-AC02-05CH11231، من خلال شعبة العلوم الكيميائية.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Golan, A. Ionization of dimethyluracil dimers leads to facile proton transfer in the absence of hydrogen bonds. Nat. Chem. 4, 323-329 (2012).
  2. Belau, L. Vacuum-Ultraviolet Photoionization Studies of the Microhydration of DNA Bases (Guanine, Cytosine, Adenine, and Thymine). The Journal of Physical Chemistry A. 111, 7562-7568 (2007).
  3. Golan, A., Ahmed, M. Ionization of Water Clusters Mediated by Exciton Energy Transfer from Argon Clusters. The Journal of Physical Chemistry Letters. 3, 458-462 (2012).
  4. Nicolas, C. Vacuum Ultraviolet Photoionization of C3. Journal of the American Chemical Society. 128, 220-226 (2005).
  5. Kamarchik, E. Spectroscopic signatures of proton transfer dynamics in the water dimer cation. Journal of Chemical Physics. 132, (2010).
  6. Khistyaev, K. The effect of microhydration on ionization energies of thymine. Faraday Discussions. 150, 313-330 (2011).
  7. Bravaya, K. B. The effect of pi-stacking, H-bonding, and electrostatic interactions on the ionization energies of nucleic acid bases: adenine-adenine, thymine-thymine and adenine-thymine dimers. Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 2292-2307 (2010).
  8. Kostko, O. Ionization of cytosine monomer and dimer studied by VUV photoionization and electronic structure calculations. Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 2860-2872 (2010).
  9. Bravaya, K. B. Electronic Structure and Spectroscopy of Nucleic Acid Bases: Ionization Energies, Ionization-Induced Structural Changes, and Photoelectron Spectra. Journal of Physical Chemistry A. 114, 12305-12317 (2010).
  10. Leone, S. R., Ahmed, M., Wilson, K. R. Chemical dynamics, molecular energetics, and kinetics at the synchrotron. Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 6564-6578 (2010).
  11. Scoles, G., Bassi, D., Buck, U. Atomic and Molecular Beam Methods. 1, (1988).
  12. Pauly, H. Atom, Molecule and Cluster Beams I. Springer-Verlag. Berlin. (2000).
  13. Wiley, W. C., McLaren, I. H. Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution. Review of Scientific Instruments. 26, 1150-1157 (1955).
  14. Levy, D. H. The Spectroscopy of Very Cold Gases. Science. 214, 263-269 (1981).
الجزيئية الطيف الكتلي مع الحزمة الانضباطي الإشعاع فوق البنفسجي فراغ السنكروترون (VUV)
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter