Espectrometria de Massa Molecular Beam Com Tunable radiação ultravioleta de vácuo Síncrotron (VUV)

Summary

Um feixe molecular acoplado a espectrômetro de massa de vácuo ajustável ultravioleta fotoionização em um síncrotron disponibiliza uma ferramenta útil para explorar a estrutura eletrônica de moléculas de gás isoladas de fase e clusters. Mecanismos de transferência de protões em dímeros de bases do DNA foram elucidadas com esta técnica.

Abstract

Ionização suave Tunable acoplada a espectrometria de massa é um poderoso método para investigar moléculas isoladas, complexos e clusters e sua espectroscopia dinâmica e ^1-4. Estudos fundamentais dos processos de fotoionização de biomoléculas fornecer informações sobre a estrutura eletrônica desses sistemas. Além disso determinações de energias de ionização e outras propriedades de biomoléculas em fase gasosa não é trivial, e estas experiências proporcionam uma plataforma para gerar esses dados. Nós desenvolvemos uma técnica de vaporização térmica combinada com supersónicas feixes moleculares que proporciona uma forma suave para o transporte destas espécies para a fase gasosa. Combinação judiciosa de fonte de gás e da temperatura permite a formação de dímeros e agregados mais elevados de bases de DNA. O foco principal deste trabalho é determinado sobre os efeitos das interacções não covalentes, isto é, ligação de hidrogénio, empilhamento, e as interacções electrostáticas, sobre as energias de ionização etransferência de prótons de biomoléculas individuais, seus complexos e ao micro-hidratação por água ^{1, 5-9.}

Efetuamos caracterização experimental e teórico da dinâmica de fotoionização de fase gasosa uracil e 1,3 dimetil-dímeros usando feixes moleculares, juntamente com radiação síncrotron no Dynamics Química Beamline ¹⁰ localizado na fonte avançada Luz e os detalhes experimentais são visualizados aqui. Isso nos permitiu observar a transferência de prótons em 1,3 dimetil-dímeros, um sistema com empilhamento pi geometria e sem ligações de hidrogênio ^1. Feixes moleculares fornecem uma maneira muito conveniente e eficiente para isolar a amostra de interesse a partir de perturbações ambientais, que em troca permite uma comparação exacta com cálculos de estrutura electrónica ^{11, 12.} Ao ajustar a energia dos fótons da luz síncrotron, uma eficiência de fotoionização (PIE) da curva pode ser traçada, que nos informa sobre a catiônicaestados eletrônicos. Estes valores podem então ser comparadas com os modelos teóricos e cálculos e, por sua vez, explicar em pormenor a estrutura electrónica e da dinâmica das espécies investigadas ^{1, 3.}

Protocol

1. Carregando Amostra

1. Remover a flange traseira e desmontar a 3/8 "tubo de bocal inoxidável a partir do aparelho (ver Figura 1 e Figura 2) e se certificar que está limpo e o orifício de 100 mm, é claro (Isto pode ser feito examinando uma fonte de luz através lo). Para limpeza, encher o tubo com um ~ ml de etanol e esfregar o interior com pontas de algodão. Alternativamente, coloque o bocal em banho de ultra-sons cheio com água e sabão ou etanol durante cerca de 20 min. Então seca com ar comprimido.
2. Utilizando uma pequena espátula limpo lugar, a cerca de 250 mg de amostra, na parte frontal do bocal, perto do orifício, mas não bloqueando. Um bom método para evitar o orifício de ficar bloqueado é colocar uma bola pequena folha de alumínio ou de lã de vidro, em frente do orifício e em seguida, adicionar o pó de amostra. Utilizar uma ponta de algodão para empurrar a amostra para dentro do tubo para assegurar que está na frente de 25 mm do tubo. Esta parte da frente vão compor o aquecidazona.
3. Volte a ligar o bocal do aparelho com cuidado para evitar o movimento da amostra em pó no interior. Em seguida, conecte o adaptador de gaiola (ver Figura 2), bloco de aquecimento e termopar (ver Figura 3).
4. Antes de fechar a câmara de vácuo, medir a distância entre a superfície da flange da ponta do bocal para ser 22,5 polegadas, o que irá permitir a 0,5 polegadas entre o bocal e o skimmer.
5. Quando a câmara de vácuo é fechada, testar o cartucho aquecedor e conexões de termopares para se certificar que estão bem ligados aos conectores de alimentação através de.
6. Verifique se o portador da válvula de entrada de gás está fechado.
7. Fechar a válvula de ventilação (se tiver sido utilizado).
8. Lentamente começar a bombear a câmara utilizando as bombas de desbaste (4 válvulas), e quando a pressão na câmara é <1 torr, iniciar as bombas turbomoleculares (5 bombas).
9. Quando a pressão na câmara é de <10 ^-6 torr, aplicar as voltagens para a óptica de iõesdo tempo de voo de espectrometria de massa, e um detector de placa de micro-canais (a tensão sobre esta última deve ser ligado gradualmente) (Ver Figura 1 para várias tensões).
10. Abrir o obturador VUV para permitir que o feixe de fotões na câmara.
11. Abrir a válvula de entrada de gás portador e definir o regulador de pressão de suporte de 460 (este é um regulador de vácuo, medindo em uma escala de 0 a negativa -760 torr, portanto, quando fixado a 460 irá regular a pressão na linha e 300 torr) .
12. Sob estas condições, a pressão nas câmaras do espectrómetro de massa de origem e deve ser ~ 1 x 10 ^-6 torr e ~ 1 x 10 ^-6 torr, respectivamente.

2. Aquisição de um Espectro de Massa

1. Comece o cartão FAST (número do modelo P7889, 100 ps / bin) software no computador e deixá-lo correr em segundo plano.
2. Abra o Labview programa de aquisição de dados: "General Interface.vi" * (figura 4)

(* Este software e outros códigos Labview foram desenvolvidos na linha de luz e estão disponíveis para compartilhar, sem nenhum custo a partir do autor correspondente)

3. Usando a guia de controle ALS no software Labview, definir a energia do fóton para o comprimento de onda desejado.
4. Na guia scaler, definir o número de unidades de tempo a ser binned juntos (tipicamente 32), o intervalo (número de caixas) e varrimentos (o número de espectros de massa adicionado em cima uns dos outros para formar o espectro de massa final), depois clique aceitar, de modo que estes valores serão armazenados e utilizados.
5. Em seguida, clique em obter dados para iniciar a aquisição de dados. Quando a aquisição é longo, o espectro de massa aparecerá no ecrã.
6. Salve o espectro de massa, clicando no botão salvar. (O eixo X do espectro obtido corresponde ao tempo de voo de iões em unidades de 100 ps)

tle "> 3 Aquisição. de uma curva de eficiência de fotoionização (PIE)

1. Usando o ALS separador Scan (Figura 5) no software Labview, é possível adquirir dados durante a afinação um dos motores beamline. Neste caso, selecione o motor "energia Mono T3" para sintonizar mais diferentes energias de fótons (O ondulador dentro do síncrotron se move automaticamente para coincidir com o comprimento de onda desejado). Estabelecer a energia de fotões para o valor desejado (em eV).
2. Digite o Start e energias de parada (em eV), bem como o tamanho do passo.
3. Não digite o número de varreduras - este será atualizado automaticamente pelo valor inserido na etapa 2.4.
4. Clique Ler corrente de K486 para ler a fotocorrente medido pelo fotodiodo.
5. Em seguida, clique em Iniciar para iniciar a digitalização. Você será solicitado a escolher um nome de arquivo onde os dados serão armazenados no final da corrida.
6. A primeira coluna no arquivo de dados conTain o número bin (Bin #) e precisam ser convertidos em unidades de massa ^13. Os valores típicos são os seguintes: Massa = 0,6 + 1xE-3 (Bin #) + 5xE-7 (Bin #) ^ 2 (A calibração de massa mais preciso pode ser feito usando uma mistura conhecida de gases ou de ar ambiente, mesmo na maior parte ie O _2, N ₂ e H ₂ O e montagem mistura a sua hora de chegada para um polinômio de segunda ordem)
7. Salve o arquivo de dados com a primeira coluna convertida em massa.
8. Para traçar uma curva de TORTA, uma maneira fácil é usar um programa Labview segunda chamada "energia ALS scan.vi", que é projetado para analisar os dados de digitalização e produzir EIP.

4. Traçando uma curva de eficiência de fotoionização (PIE)

1. Como mencionado acima, a análise pode ser feita utilizando o "ALS energia scan.vi" do programa (ver a Figura 6), no entanto, vamos descrever aqui também os passos necessários para a análise dos dados sem ele.
2. Ao iniciar o programa, você será solicitado a selecionar o arquivo containing dos dados. Este é o arquivo que você salvou no passo 3,7 e conter massas nas primeiras contagens de coluna e de íons em diferentes energias de fótons nas próximas colunas. Note-se que as primeira e segunda linhas no arquivo de indicar a energia de fotões e fotocorrente dos dados dessa coluna, respectivamente.
3. No painel superior, há um gráfico de 2D dos dados; mover o marcador vermelho horizontal selecciona um espectro de massa de um fotão específico de energia a ser exibido no painel inferior.
4. O passo seguinte consiste em integrar as contagens de iões com uma massa específica de cada fotão de energia enquanto subtraindo o sinal de fundo. No painel inferior das duas verticais marcadores vermelhos deve ser ajustado em torno do pico de massa a ser integrado, enquanto os dois marcadores azul em torno de uma região próxima sem dados que podem servir como valor de fundo. O software irá apresentar os dados integrados menos a fundo no painel à direita.
5. Para apresentar uma curva TORTA verdade é preciso corrigir as contagens de íons para o fluxo de fótons variando umt cada passo. Isso é feito automaticamente pelo software. Se você optar por ignorar esta correção, clique para desligar o botão de correção atual, à direita do painel superior. Se você optar por fazer este passo manualmente, a eficiência quântica do fotodiodo por energia do fóton tem que ser considerado, bem como (obtidos com o fabricante fotodiodo e disponível através do autor correspondente), ver equação 1. Caso contrário, tudo isto é feito automaticamente pelo software.

6. Clique em salvar espectro no canto inferior direito para salvar a curva PIE corrigida.

Representative Results

A Figura 7 mostra um espectro de massa típico de expansão supersónica de 1,3-dimetil vapores (A) e as curvas de pizza das três características principais do monómero (a m / z 140, monómero protonado a m / z 141, e a uma dimetiluracilo ,3-dímero a m / z 280), como uma verificação extraída VUV entre 8 e 10 eV eV (B). A sombra cinza é o desvio padrão de três exames consecutivos.

Figura 1. Esquemático do aparelho experimental com tensões mostradas. (1) detector de placa de microcanais, (2) espelho refletor, (3) região Boca Molecular, ótica (4) para a extração de íons.

Figura 2.

Figura 3. Aquecedor de bloco com o bocal, o aquecimento do cartucho e do termopar.

Figura 4. Interface gráfica do usuário do programa de aquisição de dados. Clique aqui para ver maior figura .

Figura 5. Interface de usuário gráfica da ac dadosquisition programa para exames de eficiência de fotoionização. Clique aqui para ver maior figura .

Figura 6. Interface gráfica do usuário do programa de análise de dados. Clique aqui para ver maior figura .

Figura 7. Um espectro de massa e de curva de fotoionização eficiência para um feixe de 1,3 dimetil-molecular.

Discussion

Os monómeros e dímeros são gerados de uma expansão de jacto supersónico que dá origem a um feixe molecular. Uma pequena amostra da base de ADN é colocado numa fonte de vaporização térmica e aqueceu-se a gerar uma pressão de vapor suficiente. Argon transporta os vapores de gás através de um orifício de 100 ^ M e passa um skimmer mm 2 para produzir um feixe frio molecular ^14. Em alternativa, uma fonte de feixe efusivo pode ser utilizado, em que a amostra é colocada num forno aquecido ligado à placa de defletor (óptica de iões) do espectrómetro de massa.

Nós usamos a luz ultravioleta de vácuo (7,4-25 eV) para ionizar as moléculas suavemente por ionização único fóton, este método minimiza a fragmentação e processos secundários e é inigualável por técnicas de ionização tradicionais que utilizam esquemas de impacto de elétrons. Os iões são produzidos na região de interação de uma Wiley-McLaren Espectrómetro de Massa ¹³ reflectrão Time-of-Flight onde eles eventualmente são detectados por amICRO placa canal. A saída do detector é alimentado para dentro de um pré-amplificador e um cartão multiscaler num computador pessoal, onde os dados são guardados para análise posterior. A radiação quasi-contínua chega de um ondulador localizado no sincrotrão (Advanced Light Source), e, em seguida, passa através de um filtro de gás, onde harmónicas superiores da luz são removidos e dispersos através de um monocromador de 3 m para proporcionar uma resolução máxima de 5 meV.

Materials

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