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Engineering

Tunable वैक्यूम पराबैंगनी (VUV) सिंक्रोट्रॉन विकिरण के साथ आणविक बीम मास स्पेक्ट्रोमेट्री

doi: 10.3791/50164 Published: October 30, 2012

Summary

एक आणविक tunable निर्वात एक सिंक्रोटॉन में पराबैंगनी photoionization मास स्पेक्ट्रोमीटर मिलकर बीम पृथक गैस चरण अणुओं और समूहों के इलेक्ट्रॉनिक संरचना का पता लगाने के लिए एक सुविधाजनक उपकरण प्रदान करता है. डीएनए आधार dimers में प्रोटॉन हस्तांतरण तंत्र इस तकनीक के साथ elucidated थे.

Abstract

Tunable नरम जन स्पेक्ट्रोस्कोपी युग्मित ionization अलग अणु, परिसरों और समूहों और उनके स्पेक्ट्रोस्कोपी और गतिकी 1-4 की जांच करने के लिए एक शक्तिशाली विधि है. Biomolecules के photoionization प्रक्रियाओं के मौलिक अध्ययन इन प्रणालियों के इलेक्ट्रॉनिक संरचना के बारे में जानकारी प्रदान करते हैं. इसके अलावा ionization ऊर्जा और गैस चरण में biomolecules के अन्य गुणों के determinations तुच्छ नहीं कर रहे हैं और इन प्रयोगों इन आंकड़ों उत्पन्न करने के लिए एक मंच प्रदान करते हैं. हम एक थर्मल वाष्पीकरण तकनीक सुपरसोनिक आणविक मुस्कराते हुए कि एक सौम्य गैस चरण में इन प्रजातियों परिवहन तरीका प्रदान करता है के साथ मिलकर विकसित किया है. विवेकपूर्ण स्रोत गैस और तापमान के संयोजन dimers और डीएनए अड्डों के उच्च समूहों के गठन के लिए अनुमति देता है. इस विशेष कार्य के गैर सहसंयोजक बातचीत, यानी, हाइड्रोजन बॉन्डिंग, stacking, और electrostatic बातचीत के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित है, और ionization ऊर्जा परव्यक्तिगत biomolecules, उनके परिसरों पर पानी 1, 5-9 से सूक्ष्म जलयोजन प्रोटॉन हस्तांतरण.

हम गैस चरण uracil की photoionization गतिशीलता और 1,3-dimethyluracil dimers आणविक रासायनिक गतिशीलता 10 उन्नत हल्के स्रोत पर स्थित Beamline और प्रयोगात्मक विवरण में सिंक्रोटॉन विकिरण के साथ मिलकर उपयोग कर मुस्कराते हुए प्रायोगिक और सैद्धांतिक लक्षण वर्णन में प्रदर्शन किया है visualized यहाँ हैं. यह हमें 1,3-dimethyluracil dimers में प्रोटॉन हस्तांतरण का निरीक्षण करने के लिए, pi ज्यामिति को stacking साथ और कोई हाइड्रोजन बांड के साथ 1 एक प्रणाली की अनुमति दी. आण्विक मुस्कराते हुए एक बहुत ही सुविधाजनक और कुशल पर्यावरण perturbations जो बदले में इलेक्ट्रॉनिक संरचना गणना 11, 12 के साथ सटीक तुलना की अनुमति देता है से ब्याज का नमूना अलग तरीका प्रदान करते हैं. सिंक्रोटॉन, एक photoionization (पाई) दक्षता वक्र प्लॉट किया जा सकता से फोटान ऊर्जा जो हमें cationic के बारे में बताते हैं ट्यूनिंगइलेक्ट्रॉनिक राज्यों. इन मूल्यों को तो सैद्धांतिक मॉडल और गणना करने के लिए तुलना में किया जा सकता है और बदले में, विस्तार में इलेक्ट्रॉनिक और जांच 1 प्रजातियों, 3 की संरचना की गतिशीलता की व्याख्या.

Protocol

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1. नमूना लोड

  1. वापस निकला हुआ किनारा निकालें और तंत्र से 3/8 "स्टेनलेस नोक ट्यूब जुदा (1 चित्रा और 2 चित्रा देखें) और यकीन है कि यह साफ है और 100 मिमी छिद्र स्पष्ट है (यह एक प्रकाश स्रोत के माध्यम से देख द्वारा किया जा सकता है यह), ~ 1 मिलीग्राम इथेनॉल के साथ सफाई के लिए ट्यूब भरने के और अंदर हाथ धोने के कपास युक्तियों का उपयोग वैकल्पिक रूप से, के बारे में 20 मिनट के लिए साबुन और पानी या इथेनॉल के साथ भरा एक अल्ट्रासोनिक स्नान में नोक जगह तो संपीड़ित हवा के साथ सूखी...
  2. नमूना के 250 मिलीग्राम के बारे में एक छोटी सी, साफ रंग जगह, नोजल के सामने के भाग में छिद्र के करीब अवरुद्ध है, लेकिन यह नहीं है. अवरुद्ध हो रही है से छिद्र से बचने के लिए एक अच्छा तरीका छिद्र के सामने में एक छोटे से एल्यूमीनियम पन्नी गेंद या जगह कांच ऊन और तो नमूना पाउडर जोड़ने के लिए है. एक कपास टिप का उपयोग करने के लिए ट्यूब में धक्का नमूना यह सुनिश्चित करने के ट्यूब के सामने 25 मिमी में है. यह सामने का हिस्सा गर्म समावेश करना होगाक्षेत्र.
  3. ध्यान तंत्र नोक पुनः अनुलग्न नमूना पाउडर के अंदर जा रहा से बचने के. फिर पिंजरा (चित्रा 2 देखें) एडाप्टर, हीटर ब्लॉक और thermocouple (3 चित्रा देखें) देते हैं.
  4. निर्वात चैम्बर बंद करने से पहले, निकला हुआ किनारा सतह से 22.5 इंच नोक की नोक की दूरी को मापने, इस नोजल और पौना के बीच 0.5 इंच की अनुमति देगा.
  5. जब निर्वात चैम्बर बंद कर दिया है, हीटर कारतूस और thermocouple कनेक्शन का परीक्षण करने के लिए यकीन है कि वे अच्छी तरह से फ़ीड के माध्यम से connectors से जुड़े हैं.
  6. सुनिश्चित करें कि वाहक गैस इनलेट वाल्व बंद कर दिया है.
  7. बंद निकाल वाल्व (अगर यह प्रयोग किया गया था).
  8. धीरे धीरे roughing पंपों (4 वाल्व) का उपयोग कर कक्ष पम्पिंग शुरू हो, और जब कक्ष में दबाव <1 torr है, turbomolecular पंप शुरू (5 पंप).
  9. जब कक्ष में दबाव <10 -6 torr है, आयन प्रकाशिकी voltages लागूउड़ान मास स्पेक्ट्रोमीटर, और थाली सूक्ष्म चैनल (उत्तरार्द्ध पर वोल्टेज पर धीरे - धीरे कर दिया जाना चाहिए) डिटेक्टर (विभिन्न voltages के लिए 1 चित्रा देखें) के समय की.
  10. VUV शटर खोलने के लिए कक्ष में फोटॉन बीम की अनुमति.
  11. वाहक गैस इनलेट वाल्व खोलें और 460 के समर्थन का दबाव नियामक सेट (यह एक निर्वात नियामक है, 0 से -760 torr एक नकारात्मक पैमाने में मापने, इसलिए जब 460 करने के लिए सेट यह 300 torr लाइन में दबाव को विनियमित होगा) .
  12. इन शर्तों के तहत स्रोत और मास स्पेक्ट्रोमीटर कक्षों में दबाव होना चाहिए 1 ~ x 10 -6 torr और 1 ~ x 10 -6 torr, क्रमशः.

2. एक मास स्पेक्ट्रम का अधिग्रहण

  1. कंप्यूटर पर तेजी से (मॉडल P7889 संख्या, 100 ps / बिन) कार्ड सॉफ्टवेयर शुरू करो और यह पृष्ठभूमि में चला.
  2. जनरल Interface.vi "* (4 चित्रा): Labview डाटा अधिग्रहण कार्यक्रम खोलें

(* यह सॉफ्टवेयर और अन्य Labview कोड beamline में विकसित किए गए और इसी लेखक से कोई भी कीमत के लिए साझा करने के लिए उपलब्ध हैं)

  1. Labview सॉफ्टवेयर में ALS नियंत्रण टैब का उपयोग वांछित तरंग दैर्ध्य फोटान ऊर्जा सेट.
  2. Scaler टैब पर, समय की इकाइयों की संख्या के लिए एक साथ binned (आमतौर पर 32), सीमा (डिब्बे की संख्या) और (जन स्पेक्ट्रा की संख्या एक दूसरे के शीर्ष पर अंतिम जन स्पेक्ट्रम फार्म) sweeps, तो सेट स्वीकार करने के लिए क्लिक करें, ताकि इन मूल्यों और संग्रहित किया जाएगा इस्तेमाल किया.
  3. अगला, डेटा प्राप्त करने के लिए डाटा अधिग्रहण शुरू करने के लिए क्लिक करें. जब अधिग्रहण पर है, बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम स्क्रीन पर दिखाई देगा.
  4. सहेजें बटन पर क्लिक करके बड़े पैमाने पर स्पेक्ट्रम सहेजें. (प्राप्त स्पेक्ट्रम के एक्स अक्ष 100 ps इकाइयों में आयन उड़ान समय से मेल खाती है)
tle "> 3 एक photoionization क्षमता वक्र (पाई) का अधिग्रहण.

  1. ALS स्कैन टैब का उपयोग (5 चित्रा) Labview सॉफ्टवेयर में, यह संभव है डेटा प्राप्त जबकि एक beamline मोटर्स ट्यूनिंग. इस मामले में, मोटर "मोनो T3 ऊर्जा" अलग फोटान ऊर्जा (सिंक्रोटॉन अंदर undulator स्वचालित रूप से स्थानांतरित करने के लिए वांछित तरंग दैर्ध्य मैच होगा) से अधिक धुन का चयन करें. वांछित मूल्य (eV में) फोटान ऊर्जा सेट.
  2. शुरू और बंद ऊर्जा (eV में) के रूप में के रूप में अच्छी तरह से कदम आकार दर्ज करें.
  3. दर्ज न sweeps की संख्या - इस मूल्य आप 2.4 चरण में प्रवेश द्वारा स्वचालित रूप से अद्यतन किया जाएगा.
  4. K486 से मौजूदा photodiode द्वारा मापा photocurrent पढ़ने पर क्लिक करें.
  5. अगला, स्कैन को आरंभ करने के लिए प्रारंभ क्लिक करें. आप जहां डाटा चलाने के अंत में संग्रहीत किया जाएगा फ़ाइलनाम का चयन करने के लिए प्रेरित किया जाएगा.
  6. डेटा फ़ाइल चुनाव में प्रथम स्तंभबिन संख्या (बिन #) टाइन और बड़े पैमाने पर इकाइयों के लिए परिवर्तित किया जा 13 की आवश्यकता है. विशिष्ट मूल्यों हैं: मास 0.6 = + 1xE 3 (बिन #) + (बिन #) 5xE-7 2 ^ (एक और अधिक सटीक जन अंशांकन गैसों का एक ज्ञात मिश्रण या यहां तक कि कमरे में हवा ज्यादातर यानी हे 2, एन का उपयोग किया जा सकता है 2 और एच 2 ओ का मिश्रण है और एक दूसरा आदेश बहुपद उनके आगमन समय फिटिंग)
  7. 1 स्तंभ के साथ बड़े पैमाने पर करने के लिए परिवर्तित डेटा फ़ाइल सहेजें.
  8. एक पाई वक्र प्लॉट, एक आसान तरीका करने के लिए एक दूसरे Labview कार्यक्रम बुलाया "ALS ऊर्जा scan.vi" है जो स्कैन डेटा का विश्लेषण करने के लिए और pies उत्पादन के लिए डिज़ाइन किया गया है का उपयोग करने के लिए है.

4. एक photoionization क्षमता वक्र (पाई) की साजिश रचने

  1. जैसा कि ऊपर उल्लेख किया, विश्लेषण "ALS ऊर्जा scan.vi" कार्यक्रम (चित्रा 6 देखें) का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन हम भी यहाँ यह बिना डेटा का विश्लेषण करने के लिए आवश्यक कदम का वर्णन करेंगे.
  2. जब कार्यक्रम शुरू आप फ़ाइल containin का चयन करने के लिए प्रेरित किया जाएगाछ डेटा. यह फ़ाइल आप 3.7 चरण में बचाया और अगले कॉलम में अलग फोटान ऊर्जा में प्रथम स्तंभ और आयन मायने में जनता के होते है. ध्यान दें कि फ़ाइल में 1 और 2 पंक्तियों फोटान ऊर्जा और उस स्तंभ में डेटा की photocurrent, क्रमशः संकेत मिलता है.
  3. शीर्ष पैनल में डेटा के एक 2d साजिश है, लाल क्षैतिज मार्कर हिल एक विशिष्ट फोटॉन कम पैनल में प्रदर्शित किया ऊर्जा पर एक जन स्पेक्ट्रा का चयन.
  4. अगले कदम के लिए प्रत्येक फोटान ऊर्जा में एक विशिष्ट जन आयन गिनती एकीकृत जबकि पृष्ठभूमि संकेत subtracting है. कम पैनल में दो खड़ी लाल मार्करों जन शिखर के आसपास स्थापित किया जाना चाहिए, जबकि कोई डेटा नहीं जो पृष्ठभूमि के मूल्य के रूप में काम कर सकते हैं के साथ पास के एक क्षेत्र के आसपास दो नीले मार्कर को एकीकृत किया है. सॉफ्टवेयर सही पर पैनल में पृष्ठभूमि ऋण एकीकृत डेटा पेश करेंगे.
  5. एक सच पाई वक्र मौजूद एक आयन गिनती फोटॉन प्रवाह बदलती करने के लिए एक सही होगाटी हर कदम. यह स्वचालित रूप से सॉफ्टवेयर के द्वारा किया जाता है. यदि आप इस सुधार को छोड़ चुनते हैं, के लिए रवाना शीर्ष पैनल के अधिकार के लिए वर्तमान सुधार बटन बंद करने के लिए क्लिक करें. यदि आप इस चरण को मैन्युअल रूप से करने के लिए चुनते हैं, फोटान ऊर्जा प्रति photodiode के क्वांटम दक्षता के रूप में अच्छी तरह से विचार किया जा (photodiode निर्माता से प्राप्त की और इसी लेखक के माध्यम से उपलब्ध है), 1 समीकरण देखें. अन्यथा, यह सब सॉफ्टवेयर द्वारा स्वचालित रूप से किया जाता है.

1 समीकरण

  1. निचले सही कोने में स्पेक्ट्रम को बचाने के लिए सही पाई वक्र को बचाने के लिए क्लिक करें.

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Representative Results

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चित्रा 7 1,3-dimethyluracil vapors के सुपरसोनिक विस्तार (A) के एक विशिष्ट जन स्पेक्ट्रम और तीन मुख्य विशेषताएं (140 मी / z monomer, मीटर / 141 z protonated monomer, और 1 की पाई घटता से पता चलता है ,3-dimethyluracil डिमर मीटर / z 280) में 8 eV और 10 eV (बी) के बीच एक VUV स्कैन से निकाली गई. ग्रे छाया लगातार तीन स्कैन से मानक विचलन है.

चित्रा 1
चित्रा 1 दिखाया voltages के साथ प्रयोगात्मक तंत्र के योजनाबद्ध. (1) Microchannel प्लेट डिटेक्टर, (2) परावर्तक दर्पण, (3) आणविक बीम क्षेत्र, (4) निकासी के लिए आयन प्रकाशिकी.

चित्रा 2
चित्रा 2.

चित्रा 3
नोजल के साथ चित्रा 3. हीटर ब्लॉक, कारतूस और thermocouple हीटिंग.

चित्रा 4
चित्रा 4 डाटा अधिग्रहण कार्यक्रम के ग्राफिकल यूजर इंटरफेस. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 5
चित्रा 5 डेटा एसी के ग्राफिकल यूजर इंटरफेस.photoionization दक्षता स्कैन के लिए quisition कार्यक्रम. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 6
6 चित्रा डेटा विश्लेषण कार्यक्रम के ग्राफिकल यूजर इंटरफेस. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

7 चित्रा
7 चित्रा एक जन स्पेक्ट्रम और photoionization 1,3-dimethyluracil आणविक बीम के लिए दक्षता वक्र.

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Discussion

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monomers और dimers जो एक आणविक बीम को जन्म देता है एक सुपरसोनिक जेट विस्तार में उत्पन्न कर रहे हैं. डीएनए आधार का एक छोटा सा नमूना एक थर्मल वाष्पीकरण स्रोत में रखा गया है और पर्याप्त वाष्प के दबाव उत्पन्न करने के लिए गरम. आर्गन गैस एक 100 सुक्ष्ममापी छिद्र के माध्यम से vapors किया जाता है और एक 2 मिमी पौना गुजरता एक ठंड आणविक बीम का उत्पादन 14. वैकल्पिक रूप से, एक असंयत बीम स्रोत इस्तेमाल किया जा सकता है जहां नमूना मास स्पेक्ट्रोमीटर के repeller प्लेट (आयन प्रकाशिकी) संलग्न करने के लिए एक गर्म ओवन में रखा गया है.

हम वैक्यूम पराबैंगनी प्रकाश (7.4-25 EV) का उपयोग करने के लिए धीरे फोटान ionization द्वारा अणु योण बनाना, इस विधि का विखंडन और कम से कम माध्यमिक प्रक्रियाओं और पारंपरिक ionization इलेक्ट्रॉन प्रभाव योजनाओं का उपयोग तकनीक से बेजोड़ है. आयनों विले - मैकलेरन 13 reflectron समय की उड़ान मास स्पेक्ट्रोमीटर जहां वे अंततः am द्वारा पता चला रहे हैं की बातचीत के क्षेत्र में उत्पादित कर रहे हैंICRO चैनल थाली. डिटेक्टर उत्पादन और एक व्यक्तिगत कंप्यूटर जहां आगे के विश्लेषण के लिए डेटा सहेजा जाता है में एक multiscaler कार्ड पूर्व प्रवर्धक में खिलाया जाता है. अर्ध निरंतर विकिरण एक सिंक्रोटॉन (उन्नत हल्के स्रोत) में स्थित undulator से आता है, और फिर एक गैस फिल्टर जहां प्रकाश की उच्च harmonics हटा रहे हैं और के माध्यम से एक 3 मीटर monochromator बिखरे 5 MeV की एक अधिकतम संकल्प प्रदान के माध्यम से गुजरता है.

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Acknowledgments

प्रयोग रासायनिक गतिशीलता Beamline पर किए गए और उन्नत प्रकाश स्रोत, लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला में विज्ञान के कार्यालय, मूल ऊर्जा विज्ञान के कार्यालय, सं डे AC02 - 05CH11231 अनुबंध के तहत अमेरिका के ऊर्जा विभाग के द्वारा समर्थित है, रसायन विज्ञान विभाग के माध्यम से.

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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