Moleculaire Beam massaspectrometrie met afstelbare Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation
Summary
Een moleculaire bundel gekoppeld aan afstembare vacuüm ultraviolet foto-ionisatie massaspectrometer in een synchrotron is een handige tool om de elektronische structuur van geïsoleerde gasfase moleculen en clusters te verkennen. Proton overdracht mechanismen in DNA-base dimeren werden toegelicht aan deze techniek.
Abstract
Afstembare zachte ionisatie gekoppeld aan massa spectroscopie is een krachtige methode om geïsoleerde moleculen, complexen en clusters en hun spectroscopie en dynamiek 1-4 onderzoeken. Fundamentele studies van foto-ionisatie processen van biomoleculen geven informatie over de elektronische structuur van deze systemen. Bovendien bepalingen van ionisatie energieën en andere eigenschappen van biomoleculen in de gasfase zijn niet triviaal, en deze experimenten bieden een platform om deze gegevens te genereren. We hebben een thermische verdamping techniek in combinatie met supersonische moleculaire balken die een zachte manier om deze soorten te vervoeren in de gasfase biedt. Oordeelkundige combinatie van brongas en temperatuur kunnen voor de vorming van dimeren en hogere clusters van DNA basen. De nadruk van dit werk op de effecten van niet-covalente interacties, dwz waterstofbinding, stapelen en elektrostatische interacties, op de ionisatie energie enproton overdracht van individuele biomoleculen, hun complexen en op micro-hydratatie door water 1, 5-9.
Wij hebben experimenteel en theoretisch karakterisering van de ionisatie dynamiek van gasfase-uracil en 1,3-dimethyluracil dimeren met moleculaire bundels gekoppeld synchrotronstraling de Chemical Dynamics Beamline 10 zich aan de Advanced Light Source en de experimentele details worden gevisualiseerd hier. Dit liet ons toe om de proton overdracht waarnemen in 1,3-dimethyluracil dimeren, een systeem met pi stapelen geometrie en zonder waterstofbruggen 1. Moleculaire balken zorgen voor een zeer handige en efficiënte manier om het monster van belang te isoleren van het milieu verstoringen die in ruil maakt nauwkeurige vergelijking met elektronische structuur berekeningen 11, 12. Door het afstemmen van de foton energie van de synchrotron, een foto-ionisatie efficiëntie (PIE)-curve kan worden uitgezet die ons informeert over de kationischeelektronische toestanden. Deze waarden kunnen dan worden vergeleken met theoretische modellen en berekeningen en op hun beurt, in detail de elektronische structuur en de dynamiek van de onderzochte soorten 1, 3.
Protocol
Representative Results
Discussion
De monomeren en dimeren worden in een supersonische expansie die aanleiding geeft tot een moleculaire bundel. Een klein monster van het DNA base wordt in een thermische verdamping bron en verwarmd voldoende dampdruk genereren. Argon gas draagt de dampen door een 100 micrometer opening en geeft een 2 mm skimmer het produceren van een koude moleculaire bundel 14. Als alternatief kan een effusive bundelbron worden gebruikt, waarbij het monster wordt in een verwarmde oven aan de repeller plaat (ionenoptiek)…
Acknowledgements
De experimenten werden uitgevoerd bij de Chemical Dynamics Beamline op de Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory en ondersteund door het Office of Science, Bureau van Basic Energy Sciences, van het Amerikaanse ministerie van Energie onder Contract No DE-AC02-05CH11231, door het gebied Chemische Wetenschappen.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Uracil | Sigma | U0750 | |
| 1,3-Dimethyluracil | Aldrich | 349801 |
References
- Golan, A. Ionization of dimethyluracil dimers leads to facile proton transfer in the absence of hydrogen bonds. Nat. Chem. 4, 323-329 (2012).
- 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).
- 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).
- Nicolas, C. Vacuum Ultraviolet Photoionization of C3. Journal of the American Chemical Society. 128, 220-226 (2005).
- Kamarchik, E. Spectroscopic signatures of proton transfer dynamics in the water dimer cation. Journal of Chemical Physics. 132, (2010).
- Khistyaev, K. The effect of microhydration on ionization energies of thymine. Faraday Discussions. 150, 313-330 (2011).
- 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).
- Kostko, O. Ionization of cytosine monomer and dimer studied by VUV photoionization and electronic structure calculations. Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 2860-2872 (2010).
- 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).
- 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).
- Scoles, G., Bassi, D., Buck, U. . Atomic and Molecular Beam Methods. 1, (1988).
- Pauly, H. . Atom, Molecule and Cluster Beams I. , (2000).
- Wiley, W. C., McLaren, I. H. Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution. Review of Scientific Instruments. 26, 1150-1157 (1955).
- Levy, D. H. The Spectroscopy of Very Cold Gases. Science. 214, 263-269 (1981).
