Summary

Spettrometria di massa molecolare Larghezza Con Tunable Ultraviolet vuoto (VUV) Luce di Sincrotrone

Published: October 30, 2012
doi:

Summary

Un fascio molecolare accoppiato ad sintonizzabile spettrometro ultravioletto di massa fotoionizzazione vuoto ad un sincrotrone fornisce uno strumento comodo per esplorare la struttura elettronica di molecole isolate in fase gas e cluster. Meccanismi di trasferimento di protoni in dimeri di basi del DNA sono stati chiariti con questa tecnica.

Abstract

Tunable ionizzazione morbida accoppiata a spettrometria di massa è un metodo efficace per studiare molecole isolate, complessi e cluster e la loro spettroscopia e dinamica 1-4. Studi fondamentali processi di fotoionizzazione biomolecole fornire informazioni sulla struttura elettronica di questi sistemi. Inoltre, determinazioni di energie di ionizzazione e altre proprietà delle biomolecole in fase gassosa non sono banali, e questi esperimenti di fornire una piattaforma per generare questi dati. Abbiamo sviluppato una tecnica di vaporizzazione termica accoppiata con fasci molecolari supersonici che fornisce un modo gentile per il trasporto di queste specie nella fase gassosa. Giudiziosa combinazione di gas sorgente e temperatura consente la formazione di dimeri e superiore raggruppamenti di basi del DNA. L'obiettivo di questo lavoro particolare sugli effetti di interazioni non covalenti, cioè, legame a idrogeno, impilabili, e le interazioni elettrostatiche, le energie di ionizzazione etrasferimento di protoni di biomolecole individuali, e loro complessi upon micro-idratazione acqua 1, 5-9.

Abbiamo effettuato la caratterizzazione sperimentale e teorica delle dinamiche fotoionizzazione del gas in fase uracile e 1,3-dimethyluracil dimeri con fasci molecolari accoppiati con luce di sincrotrone presso la linea di luce chimica Dynamics 10 situato alla Fonte Advanced Light e tutti i dati sperimentali sono visualizzati qui. Questo ci ha permesso di osservare il trasferimento di protoni in 1,3-dimethyluracil dimeri, un sistema con pi impilamento geometria e senza legami idrogeno 1. Fasci molecolari forniscono un modo molto comodo ed efficiente per isolare il campione di interesse da perturbazioni ambientali che a loro volta permettono confronto accurato con calcoli di struttura elettronica 11, 12. Con messa a punto l'energia del fotone dal sincrotrone, un rendimento fotoionizzazione (PIE) curva può essere tracciata che ci informa sul cationicostati elettronici. Questi valori possono essere confrontati con i modelli teorici e calcoli e, a sua volta, spiegare in dettaglio la struttura elettronica e la dinamica delle specie esaminate 1, 3.

Protocol

1. Esempio di caricamento Rimuovere la flangia posteriore e smontare il 3/8 "tubo inox ugello dal dispositivo (vedere la Figura 1 e Figura 2) e assicurarsi che sia pulito e il 100 orifizio mm è chiaro (Questo può essere fatto, cercando in una fonte di luce attraverso it). Per la pulizia, riempire il tubo con ~ 1 ml di etanolo e strofinare l'interno con punte di cotone. In alternativa, inserire l'ugello in un bagno ad ultrasuoni riempito con acqua e sapone o eta…

Representative Results

La figura 7 mostra un tipico spettro di massa della espansione supersonica di 1,3-dimethyluracil vapori (A) e le curve PIE dei tre principali caratteristiche (il monomero a m / z 140, monomero protonata a m / z 141, e il 1 ,3-dimethyluracil dimero a m / z 280) come estratto da una scansione VUV tra 8 eV e 10 eV (B). L'ombra grigia è la deviazione standard da tre scansioni consecutive. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" fo:src…

Discussion

I monomeri e dimeri sono generati in una espansione getto supersonico che dà luogo ad un fascio molecolare. Un piccolo campione di DNA della base è posto in una sorgente di vaporizzazione termica e riscaldato a generare sufficiente pressione di vapore. Argon gas trasporta i vapori attraverso un orifizio 100 pm e passa un 2 skimmer mm per produrre un fascio molecolare a freddo 14. In alternativa, una sorgente di fascio effusive possono essere utilizzati, dove il campione viene posto in un forno riscaldato at…

Acknowledgements

Gli esperimenti sono stati condotti presso la linea di luce Dynamics chimica alla Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory e sostenuto dal Office of Science, Ufficio di Scienze di base dell'energia, del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti nell'ambito del contratto n ° DE-AC02-05CH11231, attraverso la Divisione Ricerca in Scienze Chimiche.

Materials

Name of Reagent/Material Company Catalog Number Comments
Uracil Sigma U0750
1,3-Dimethyluracil Aldrich 349801

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. , (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).

Play Video

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).

View Video