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Engineering

可调式真空紫外(VUV)同步辐射分子束质谱分析

doi: 10.3791/50164 Published: October 30, 2012

Summary

加上可调谐的真空紫外同步辐射光电离质谱计在分子束提供了一个方便的工具来探索孤立的气相分子和簇的电子结构。 DNA碱基二聚体的质子转移机制,用这种方法鉴定。

Abstract

可调的软电离质谱耦合是一个功能强大的方法来研究孤立的分子复合物和集群及其光谱学和动力学1-4。生物分子的光电离过程的基础研究提供这些系统的电子结构有关的信息。此外,电离能和其他的生物分子在气相中的测定是不平凡的,这些实验提供了一个平台,产生这些数据。我们已经开发出一种汽化热技术加上超音速分子束,它提供一种温和的方式输送到气相中的这些物种。明智地的源气体和温度的组合允许用于形成二聚体和较高的DNA碱基簇。这个特定的工作的重点是, 非共价相互作用,氢键,堆叠,和静电相互作用的影响,上的电离能和个体的生物分子,它们的配合,在微水1,5-9水化的质子转移。

我们已经进行了理论和实验的可视化特性的光电离动力学的气相尿嘧啶和1,3 -二甲基脲嘧啶二聚体,再加上分子束同步辐射化学动态学光束线的先进光源位于10和实验细节这里。这让我们观察1,3 -二甲基脲嘧啶二聚体内的质子传递,系统与π堆叠的几何形状和没有氢键1。分子束提供了一个非常方便和有效的方式来隔离环境扰动的回报可以准确的比较与电子结构计算,11,12样品的兴趣。通过调节光子的能量同步辐射光电离效率(PIE)曲线可以绘制告诉我们的阳离子电子态。然后这些值可以进行比较的理论模型和计算方法,反过来,详细解释了调查的种类1,3,电子结构和动力学。

Protocol

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1。样品装载

  1. 删除后法兰,拆卸3/8“的不锈钢喷嘴管从设备(参见图1图2),并确保它是干净和100毫米的孔是明确的(这可以通过寻找光源,通过它)。〜1毫升乙醇清洗,填充管,用棉花提示擦洗内。另外,在超声波浴中充满了肥皂和水或乙醇约20分钟,然后将喷嘴干燥的压缩空气。
  2. 使用一个小的,干净的抹刀,地点约250mg样品在所述喷嘴的前部,靠近该孔,但不阻止它。避免孔被阻塞的一个好方法是将一个小球铝箔或玻璃纤维在前面的小孔,然后加入样品粉末。采用棉花前端推到管中的样品,以确保它是在前面的25毫米的管。这将包括前部的加热区。
  3. 重新装上喷嘴仔细的装置里面,以避免移动样品粉末。然后附上鸟笼适配器(参见图2),加热块和热电偶(参见图3)。
  4. 关闭真空室之前,测量从凸缘表面的距离为22.5英寸的喷嘴的前端,这将允许0.5英寸之间的喷嘴和锥孔。
  5. 当真空室是封闭的,测试的加热器筒和热电偶连接,以确保它们连接到馈通连接器。
  6. 确保载气入口阀被关闭。
  7. 关闭排气阀(如果使用)。
  8. 慢慢开始泵送使用粗加工泵(4阀)的腔室,腔室中的压力时,<1乇,从涡轮分子泵(5台泵)。
  9. 当腔室中的压力是10 -6乇时,应用的电压的离子光学飞行质谱仪,和微通道板检测器(后者上的电压逐渐应当接通)(参见图1,用于各种电压)的时间。
  10. 打开的VUV快门,以便在腔室的光子束。
  11. 打开的载体气体入口阀和背压调节器设置到第460(这是一个真空调节器,因此,当设置到第460行中的压力将调节至300乇,测量在负的范围从0到-760乇) 。
  12. 在这些条件下的源和质谱仪室的中的压力应为〜1×10 -6乇〜1×10 -6乇,分别。

2。收购的质谱

  1. 百兆网卡(型号为P7889,100 PS / BIN)软件在电脑上,让它在后台运行。
  2. 打开Labview数据采集程序:“一般Interface.vi”( 图4)。

(*此软件和其它的LabVIEW代码在光束线和相应的作者没有成本提供给大家分享)

  1. 在LabVIEW软件使用ALS控制“选项卡 ,设置到所需波长的光子能量。
  2. 标器“选项卡上,设置的时间单位数一起被离散化 (一般为32),的范围内 (箱数)和扫描 (质谱数由彼此的顶部上,以形成最终的质谱),然后单击“ 接受”,因此,这些值将被存储和使用。
  3. 接下来,单击“开始数据采集得到的数据 。当收购结束后,质谱会出现在屏幕上。
  4. 通过点击“ 保存 ”按钮,保存的质谱。 (在100 ps的单位所获得的频谱的X轴对应于离子的飞行时间)
TLE“> 3。收购的光电离效率曲线(PIE)

  1. 在LabVIEW软件使用“ALS扫描 ”选项卡( 图5),它是有可能获得数据而调整光束线电机。在这种情况下,选择电机的“ 单声道T3能源”的调整在不同的光子能量(波荡器内的同步会自动移动到所需的波长相匹配)。光子的能量设置为所需的值(单位:eV)。
  2. 输入启动停止的能量(EV)以及步长。
  3. 不要输入扫描次数 - 这将是自动更新您输入的值在步骤2.4。
  4. 单击“ 阅读,从K486读通过光电二极管的光电流测量。
  5. 接下来,单击“ 开始 ”开始扫描。系统将提示您选择一个文件名的数据将被存储在运行结束。
  6. 第一列中的数据文件都TAIN的bin的数量(豳#)和需要转换为质量单位13。典型值是:质量= 0.6 + 1xE-3(豳#)+ 5xE-7(豳#)^ 2(更精确的质量校准可以通过使用一个已知的混合气体或室内空气主要是O 2,N 2和H 2 O的混合物,并符合他们的到来,二次多项式)
  7. 保存数据文件转换成质量与第一列。
  8. 要绘制PIE曲线,一个简单的方法是使用第二个称为的的“ALS能源scan.vi”,其目的是分析扫描数据,并生成PIE的Labview程序。

4。绘制一个光电离效率曲线(PIE)

  1. 正如上面的分析可以完成使用“ALS能源scan.vi”程序(参见图6),然而,我们也将在这里描述到的数据进行分析,而它所需的步骤。
  2. 在启动程序时,系统会提示您选择的文件containin的克的数据。这是文件保存在步骤3.7,并包含在不同的光子能量在下一列中的第一列和离子计数的群众。请注意,在该文件中的第一行和第二行表示光子能量和该列中的数据的光电流,分别。
  3. 顶部面板中的存在是一个二维的数据曲线;移动红色水平标记选择一个在一个特定的被显示在下部面板的光子能量的质谱。
  4. 接下来的步骤是集成的特定质量的离子计数中减去背景信号,同时,在每个光子能量。应设置在下部面板的两个垂直的红色标记以集成的质量峰的周围而没有数据可以作为背景值附近的一个区域与周围的两个蓝色标记。该软件将出现在右边的面板中减去背景的综合数据。
  5. 介绍一个真实的PIE曲线必须纠正的离子数,以不同的光子通量一个吨的每一步。这是自动完成由软件实现。如果您选择跳过此更正,请单击“关闭” 电流校正“按钮的右侧面板的顶部。如果您选择手动做到这一步,每个光子的能量的光电二极管的量子效率,必须考虑到(从光电二极管制造商,并通过相应的作者),见式(1)。否则,这是所有自动完成的软件。

式(1)

  1. 在右下角点击保存频谱保存校正后的PIE曲线。

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Representative Results

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图7示出了典型的质谱超音速膨胀的(A)的1,3 -二甲基尿嘧啶蒸气和PIE曲线的三个主要功能(在m / z 140的单体,在M / Z = 141的质子化的单体,和1的在M / Z 280)-1,3 - 二甲基脲嘧啶二聚体之间的真空紫外扫描摘录自8 eV和10 EV(B)。连续三次扫描,灰色的阴影是标准差。

图1
图1示出的电压的实验装置的示意图。 (1)微通道板检测器,(2)反射镜,分子束区域(3),(4)离子光学提取。

图2
图2。

图3
图3。加热器与喷嘴块,加热筒和热电偶。

图4
图4的数据采集程序的图形用户界面。 点击此处查看大图

图5
图5的图形用户界面的数据交流购置方案的光电离效率扫描。 点击此处查看大图

图6
图6。的数据分析程序的图形用户界面。 点击此处查看大图

图7
图7,一种为的1,3 -二甲基脲嘧啶的分子束质谱和光电离效率曲线。

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Discussion

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在超音速喷流产生的分子束的膨胀所产生的单体和二聚体。的DNA碱基的少量样品被放置在一个热蒸发源和加热以产生足够的蒸气压。氩气进行蒸气通过100微米口,通过2毫米的分离器,产生冷分子束14。可替换地,一个热情洋溢束源可以使用,其中样本被放置在与质谱仪的推斥极板(离子光学元件)连接到加热的烘箱。

我们使用真空紫外灯(7.4-25 eV)的,轻轻电离分子的单光子电离,这种方法可以最大限度地减少碎片和二次加工和传统的离子化技术,利用电子轰击计划所无法比拟的。离子生成的互动区域的Wiley-迈凯轮13反射器-飞行时间质谱仪,他们最终检测AMICRO通道板。检波器的输出被馈送到一个预先放大器和一个multiscaler的卡作进一步的分析,其中数据被保存在个人计算机中。准连续辐射到达从一个位于同步(高级照明来源)的波荡器,然后通过除去分散的光的高次谐波通过一个3米单色仪提供的最大分辨率为5毫电子伏特的气体过滤器。

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Acknowledgments

劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源,进行了实验在化学动力学光束线和科学办公室基础能源科学办公室,美国能源部根据合同号DE-AC02-05CH11231支持,通过化学科学部。

Materials

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

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References

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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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