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Engineering

조정할 수있는 진공 자외선 (VUV) 싱크로트론 방사선으로 분자 빔 질량 분광법

doi: 10.3791/50164 Published: October 30, 2012

Summary

싱크로트론에서 조정할 진공 자외선의 photoionization 질량 분석기에 연결된 분자 빔 절연 가스 상태의 분자와 클러스터의 전자 구조를 탐색 할 수있는 편리한 도구를 제공합니다. DNA베이스 dimers의 양자 전송 메커니즘이 기법으로 elucidated했다.

Abstract

질량 분광 분석법에 커플 링 조정할 소프트 이온화는 고립 된 분자, 단지 및 클러스터 및 분광과 역학 1-4 조사 할 수있는 강력한 방법입니다. 분자의 photoionization 프로세스의 기본 연구는 이러한 시스템의 전자 구조에 대한 정보를 제공합니다. 또한 이온화 에너지와 가스 단계에서 분자의 다른 속성의 결정은 사소한 없으며, 이러한 실험이 데이터를 생성 할 수있는 플랫폼을 제공합니다. 우리는 가스 단계로이 종을 운송 할 수있는 부드러운 방법을 제공 초음속 분자 빔와 결합 열 기화 기술을 개발했습니다. 소스 가스와 온도의 사려 분별이있는 조합은 dimers과 DNA 기지의 높은 클러스터 형성 할 수 있습니다. 특정 작품의 초점은 이온화 에너지에 비 공유 결합 상호 작용, 수소 결합, 스태킹 및 정전기 상호 작용의 영향에 있고개별 분자들은 단지 물과 1, 5-9로시 마이크로 수화의 양자 전송.

여기 시각화있는 고급 광원에있는 화학 역학 빔라인 10 실험 내용에 싱크로트론 방사와 결합 분자 빔을 사용하여 photoionization 가스 위상 uracil의 역학 및 1,3 - dimethyluracil의 dimers의 실험과 이론적 특성을 수행했습니다. 이것은 우리가 파이는 기하학을 쌓아과없이 수소 채권 1, 1,3 - dimethyluracil의 dimers에서 시스템을 양자 전송을 관찰 할 수있었습니다. 분자 빔의 보답으로 전자 구조 계산 11, 12과 정확한 비교를 할 수 있습니다 환경 섭동에서 관심의 샘플을 분리 할 수있는 매우 편리하고 효율적인 방법을 제공합니다. 양이온에 대한 정보를 알려 싱크로트론, 곡선이 역모를 할 수있는 photoionization 효율 (PIE)에서 광자 에너지를 조정하여전자 상태. 이 값은 다음 이론적 모델과 계산에 비해과 차례로, 자세히 조사 종 1, 3의 전자 구조와 역학을 설명 할 수 있습니다.

Protocol

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1. 샘플 로딩

  1. 다시 플랜지를 제거하고 장치에서 3 / 8 "스테인리스 노즐 튜브를 분해 (그림 1그림 2 참조)하고 깨끗하고 100 밀리미터 테 (이 작업은 통해 광원보고하여이 작업을 수행 할 수 있습니다 명확한 지 확인 그). 청소를 들어, ~ 1 ML 에탄올로 관을 입력면 팁을 사용하여 내부를 씻어. 또한, 약 20 분 동안 비누와 물 또는 에탄올로 가득 초음파 욕조에 노즐을 배치합니다. 압축 공기로 다음 건조합니다.
  2. 가까운 구멍으로, 노즐의 앞 부분에서 샘플을 250 밀리그램에 대한 작은 깨끗한 주걱, 장소를 사용하고 있지만 그것을 차단하지. 차단하기에서 구멍을 방지하는 좋은 방법은 구멍 앞에 작은 알루미늄 호일 볼이나 글라스 울을 배치 한 다음 샘플 가루를 추가하는 것입니다. 이 튜브의 전면 25mm에 보장하기 위해 튜브에 샘플을 밀어면 팁을 사용하십시오. 이 프런트 부분은 온수를 구성하는 것영역.
  3. 내부 샘플 가루를 이동하지 않도록 조심스럽게 장치에 노즐을 다시 첨부. 그런 다음 새장 어댑터 (그림 2 참조), 히터 블록 및 열전대를 (그림 3 참조) 첨부합니다.
  4. 진공 챔버를 닫기 전에, 플랜지 표면에서 22.5 인치 될 수있는 노즐​​의 팁까지의 거리를 측정,이 노즐과 챙이 넓고 꼭대기가 납작한 밀집 모자 사이 0.5 인치가 허용됩니다.
  5. 진공 챔버를 닫을 때, 그들은 잘 피드 스루 커넥터에 연결되어 있는지 확인하기 위해 히터 카트리지 및 열전대 연결을 테스트합니다.
  6. 캐리어 가스 유입 밸브가 닫혀 있는지 확인하십시오.
  7. 환기 밸브를 (사용 된 경우) 닫습니다.
  8. 천천히 거친 펌프 (4 밸브)를 사용하여 챔버를 펌핑 시작하고, 챔버의 압력이 <1 토르 때, (5 펌프) turbomolecular 펌프를 시작합니다.
  9. 챔버의 압력이 <10 -6 토르되면, 이온 광학에 전압을 적용비행 질량 분석계 및 마이크로 채널 판 검출기 (후자의 전압이 점차 설정되어야 함) (각종 전압 그림 1 참조)의 시간.
  10. 챔버에서 광 자력 빔을 허용하도록 VUV 셔터를 엽니 다.
  11. 캐리어 가스 유입 밸브를 열고 (이 따라서 460으로 설정하면 300 토르로 줄의 압력을 조절되며, 0에서 -760 토르에 부정적인 규모 측정, 진공 레귤레이터입니다) 460으로 배경 압력 조절기를 설정 .
  12. 이러한 조건에서 소스와 질량 분석기 챔버의 압력은 ~ 1이어야 × 10 -6 각각 토르와 ~ 1 × 10 -6 토르.

2. 질량 스펙트럼의 취득

  1. 컴퓨터에 FAST 카드 (모델 번호 P7889, 100 PS / 빈) 소프트웨어를 시작하고 백그라운드에서 실행할 수 있습니다.
  2. "일반 Interface.vi"* (그림 4) : Labview 데이터 수집 프로그램을 엽니 다

(* 본 소프트웨어와 다른 Labview 코드가 빔라인에서 개발하고 해당 작가로부터 비용을 공유 할 수 있습니다되었습니다)

  1. Labview 소프트웨어에서 ALS 제어 탭을 사용하여 원하는 파장으로 광자 에너지를 설정합니다.
  2. 스케일러 탭에서 (일반적으로 32) 함께 binned 할 시간 단위의 수, 범위 (용기의 수)와 스윕 (대량 스펙트럼의 수는 최종 질량 스펙트럼을 형성하기 위해 서로의 상단에 추가) 다음을 설정 이 값이 저장되고 사용됩니다 있도록 허용을 클릭합니다.
  3. 다음으로 데이터 수집을 시작하려면 데이터 가져 오기를 누릅니다. 인수가 끝나면 질량 스펙트럼이 화면에 나타납니다.
  4. 저장 버튼을 클릭하여 질량 스펙트럼을 저장합니다. (얻은 스펙트럼의 X-축 100 PS 단위로 이온 비행 시간에 해당)
Photoionization 효율 곡선 (PIE)의 tle "> 3. 취득

  1. ALS 스캔 탭을 사용하면 (그림 5) Labview 소프트웨어에서, 그것은 데이터를 수집 할 수 있습니다 튜닝 빔라인 모터 중 하나를하는 동안. 이 경우, 다른 광자 에너지 (싱크로트론 내부 undulator 원하는 파장과 일치하도록 자동으로 이동합니다)를 통해 조정 모터 "모노 T3 에너지"를 선택합니다. 원하는 값 (EV)로 광자 에너지를 설정합니다.
  2. 시작중지 에너지 (EV)를뿐만 아니라 단계 크기를 입력합니다.
  3. 스윕의 수를 입력하지 마십시오 -이는 단계 2.4에서 입력 한 값에 의해 자동으로 업데이트됩니다.
  4. 포토 다이오드에 의해 측정 된 photocurrent를 읽을 수 K486의 현재 읽기를 클릭합니다.
  5. 다음 스캔을 시작하려면 시작을 클릭합니다. 당신은 데이터가 실행의 끝 부분에 저장됩니다 파일 이름을 선택하라는 메시지가 표시됩니다.
  6. 데이터 파일 사기꾼의 첫 번째 열에빈 번호 (빈 #)를 주석 박 13 질량 단위로 변환해야합니다. 일반적인 값은 다음과 같습니다 질량 = 0.6 + 1xE-3 (빈 #) + 5xE-7 (빈 #) ^ 2 (A보다 정확한 질량 측정이 알려진 가스의 혼합 또는 방 공기 대부분 즉, O 2, N을 사용하여 수행 할 수 있습니다 2 H 2 O 혼합하고 두 번째 주문 다항식에 도착 시간에 맞는)
  7. 질량으로 변환 된 첫 번째 열에있는 데이터 파일을 저장합니다.
  8. PIE 곡선의 주술 하나 쉬운 방법은 스캔 데이터를 분석하고 파이를 생산하도록 설계되었습니다 "ALS 에너지 scan.vi"라는 두 번째 Labview 프로그램을 사용하는 것입니다.

4. Photoionization 효율 곡선 (PIE)를 음모

  1. 위에서 언급으로, 분석은 "ALS 에너지 scan.vi"프로그램을 (그림 6 참조)를 사용하여 수행 할 수 있습니다, 그러나 우리는 또한 여기에없는 데이터를 분석하는 데 필요한 단계를 설명합니다.
  2. 프로그램을 시작할 때 당신은 파일 containin을 선택하라는 메시지가 표시됩니다g 데이터입니다. 이렇게하면 단계 3.7에서 저장하고 다음 항목에 다른 광자 에너지의 첫 번째 열에 이온 카운트으로 질량을 포함하는 파일입니다. 파일의 첫 번째와 두 번째 행이 열에서 데이터의 광자 에너지와 photocurrent, 각각을 표시합니다.
  3. 상단 패널에서 데이터의 2D 플롯이있다, 붉은 수평 마커를 이동하면 하단 패널에 표시 할 특정 광자 에너지의 대량 스펙트럼을 선택합니다.
  4. 다음 단계는 배경 신호를 빼는 동안 각 광자 에너지에 특정 질량의 이온 수를 통합하는 것입니다. 하단 패널에서 두 개의 수직 빨간색 아이콘은 통합 할 대량 피크 주변에 설정해야합니다 배경 값으로 제공 할 수없는 데이터가 포함 된 인근 지역 주변에 두 개의 파란색 아이콘 동안. 이 소프트웨어는 오른쪽에있는 패널의 배경 마이너스 통합 데이터를 제공합니다.
  5. 진정한 PIE 곡선을 제시 하나는 다양한 광자 플럭스에을 (를) 이온 수를 수정해야합니다t는 모든 단계. 이 문제는 소프트웨어에 의해 자동으로 이루어집니다. 이 수정을 건너하도록 선택하면, 상단 패널의 오른쪽에있는 현재 수정 버튼을 해제합니다. 수동으로이 단계를 수행하기로 선택한 경우, 광자 에너지 당 포토 다이오드의 양자 효율 (광 다이오드 제조업체에서 얻은 및 해당 저자를 통해 가능)뿐만 아니라 고려되어야, 방정식 1을 참조하십시오. 그렇지 않으면, 이것은 모든 소프트웨어에 의해 자동으로 이루어집니다.

수식 1

  1. 수정 PIE 곡선을 저장 오른쪽 하단 모서리에있는 스펙트럼을 저장을 클릭합니다.

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Representative Results

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그림 7은 1,3-dimethyluracil 증기의 초음속 확장 (A)의 전형적인 질량 스펙트럼과 세 가지 주요 기능 (m / Z 140 단량체, m / z는 141에서 protonated 단량체, 그리고 1의 PIE 곡선을 보여줍니다 m / Z 280)에서 ,3-dimethyluracil의 이량 체는 8 EV 10 EV (B) 사이 VUV 검사에서 발췌. 회색 그림자는 세 연속 스캔에서 표준 편차입니다.

그림 1
그림 1. 표시된 전압과 실험 장치의 개략적. (1) Microchannel 판 검출기, (2) 리플렉터 미러, (3) 분자 빔 지역 추출 (4) 이온 광학.

그림 2
그림 2.

그림 3
노즐과 그림 3. 히터 블록, 카트리지 및 열전대를 가열.

그림 4
그림 4. 데이터 수집 프로그램의 그래픽 사용자 인터페이스. 더 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 5
그림 5. 데이터 교류의 그래픽 사용자 인터페이스photoionization 효율 검사에 대한 quisition 프로그램. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 6
그림 6. 데이터 분석 프로그램의 그래픽 사용자 인터페이스. 더 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 7
그림 7. 질량 스펙트럼과 1,3-dimethyluracil 분자 빔에 대한 photoionization 효율 곡선.

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Discussion

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단량체 및 dimers는 분자 빔에 상승을 제공 초음속 제트 확장에 생성됩니다. DNA 기반의 작은 샘플을 열 기화 소스에 배치하고 충분한 증기 압력을 생성하기 위해 가열된다. 아르곤 가스는 100 μm의 구멍을 통해 증기를 들고 차가운 분자 빔 14 생산 2 밀리미터 챙이 넓고 꼭대기가 납작한 밀집 모자를 전달합니다. 샘플은 질량 분석계의 repeller 판 (이온 광학)에 첨부 된 온수 오븐에 배치되는 또는 심정을 토로하는 빔 소스는 사용하실 수 있습니다.

우리는 부드럽게 한 광자 이온화하여 분자를 이온화하기 (7.4-25 EV) 진공 자외선을 사용하는이 방법은 조각과 보조 프로세스를 최소화하고 전자 충격 제도를 활용 전통 이온화 기술에 의해 타의 추종을 불허합니다. 이온들은 결국 오전에 의해 감지 와일리 - 매 클래 런, 13 reflectron 시간의 기내 질량 분석계의 상호 작용 지역에서 생산됩니다icro 채널 판. 검출기 출력은 데이터가 추가적인 분석을 위해 저장 개인용 컴퓨터에 사전 증폭기 및 multiscaler 카드로 공급된다. 준 연속 방사능이 싱크로트론 (고급 라이트 소스)에 위치한 undulator에서 도착 후 빛의 높은 고조파가 제거 5 meV의 최대 해상도를 제공하기 위해 3m 단색화 장치를 통해 분산되는 가스 필터를 통과한다.

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Acknowledgments

실험은 고급 라이트 소스, 로렌스 버클리 국립 연구소에서 화학 역학 빔라인에서 수행 및 계약 번호 DE-AC02-05CH11231에 따라 에너지의 미국학과의 과학 사무실, 기본 에너지 과학 사무소에 의해 지원되었다 화학 과학 부문을 통해.

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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