Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Пространственное разделение молекулярных конформеров и кластеров

Published: January 9, 2014 doi: 10.3791/51137
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2, 1, 1,3, 1,2,3
1Center for Free-Electron Laser Science, CFEL, DESY, 2Department of Physics, University of Hamburg, 3The Hamburg Center for Ultrafast Imaging, University of Hamburg

Summary

Мы представляем технику, которая позволяет пространственное разделение различных конформеров или кластеров, присутствующих в молекулярном луче. Электростатический дефлектор используется для разъединности видов по соотношению массы к диполю, что приводит к выработке газо-фазных ансамблей одного конформера или кластерной стоихиометрии.

Abstract

В экспериментах по молекулярной физике и физической химии на газовой фазе обычно используются сверхзвуковые расширения через импульсные клапаны для производства холодных молекулярных лучей. Однако эти лучи часто содержат несколько конформеров и скоплений, даже при низких температурах вращения. Мы представляем экспериментальную методологию, которая позволяет пространственное разделение этих составных частей расширения молекулярного луча. С помощью электрического дефлектора луч отделяется соотношением массы к диполю, аналогично бендеру или масс-спектрометру электрического сектора, пространственно рассеив заряженные молекулы на основе их соотношения массы к заряду. Этот дефлектор использует эффект Старка в неоднородном электрическом поле и позволяет размекать отдельные виды полярных нейтральных молекул и скоплений. Кроме того, он позволяет получить наиболее холодную часть молекулярного луча, так как низкоэнергоимунные квантовые состояния обычно испытывают наибольшее отклонение. Различные структурные изомеры (конформеры) вида могут быть разделены из-за разного расположения функциональных групп, что приводит к различным дипольным моментам. Они эксплуатируются электростатическим дефлектором для производства конформациально чистого образца из молекулярного луча. Аналогичным образом, могут быть выбраны специфические кластерные стоихиометрии, так как масса и дипольный момент данного скопления зависят от степени солвации вокруг родительской молекулы. Это позволяет проводить эксперименты на конкретных размерах и структурах скоплений, что позволяет систематически изучать разрешимые нейтральные молекулы.

Introduction

Современные молекулярно-химические эксперименты на газовой фазе часто используют сверхзвуковые расширения молекул-мишеней для производства вращательно холодных молекулярных образцов в молекулярном луче. Однако даже при низких вращательной температуре 1 К, которая обычно может быть достигнута с помощью сверхзвуковых расширений, большие молекулы все еще могут оставаться в нескольких конформациях влуче 1. Аналогичным образом, производство молекулярных скоплений в источнике луча приводит не к одному виду, а к формированию «кластерного супа», содержащего множество различных кластерных стоихиометрий, а также оставшихся чистых родительских молекул. Это затрудняет изучение этих систем с помощью новыхметодов, таких как визуализация молекулярных орбитальных систем 2,молекулярно-каркасные фотоэлектронные угловыераспределения 3-5 или электрон6-10 и рентгеновская дифракция11-13, так как они требуют чистых, последовательных и однородных образцов в газовой фазе.

В то время как в настоящее время имеется несколько методологий для размекретить различные конформеры заряженных видов в газовой фазе (например, ионныеионные ионные дрифтерные трубки 14,15)и заряженные кластеры легко отделяются их соотношением массы к заряду, эти методы не применимы к нейтральным видам. Недавно мы продемонстрировали, что эти проблемы можно преодолеть с помощьюэлектростатического отклонения устройства 16,17,что позволяет разделение молекулярных конформеров, а также кластеров и производство вращательно холодных молекулярных лучей.

Использование электростатического отклонения является классическим методом молекулярного луча, истоки которого уходят далеконазад 18,19. Первые идеи использования электростатического отклонения для разделения квантовых состояний были введены Стерн в 1926году 20. В то время как ранние эксперименты проводились на малых молекулах при высоких температурах, мы демонстрируем применение этой техники к большим полярным молекулам ископлениям при низких температурах 16,21.

Полярные молекулы испытывают силу внутри неоднородного электрического поля(E) из-за пространственных различий в потенциальной энергии. Эта сила зависит от эффективного дипольного момента, μэфф, молекулы и может быть оценена как

(1)

Поскольку различные молекулярные конформисты обычно обладают различными дипольными моментами и различное количество молекул растворителя в скоплении приводят к различным кластерным массам и дипольным моментам, эти виды будут испытывать различное ускорение в присутствии сильного неоднородного электрического поля. В результате эффект Старка силы от неоднородного электрического поля, следовательно, может быть использован для разделения конформеров и квантовых состояний22. Это указано на рисунке 1, показывая рассчитанные кривые Старка для J 0,1,2 вращательного состояния cis и трансконформистов 3-фторфенола, соответственно. Это приводит к большим различиям в μ eff , как показано на рисунках 1c и 1d, и, следовательно,различноеускорение испытывают два конформеров в неоднородных электрических полей. Таким образом, электростатическое устройство отклонения может быть использовано в качестве соотношения масс-дипольных моментов(м/μэфф) сепаратор, поаналогии с масс-спектрометром, выступающим в качестве соотношения массы к заряду(м/з)фильтра 23.

Кроме того, эти методы позволяют разделение вращательного квантовогосостояния 24,25. По мере того как положения вращения земли (голубые кривые в рисунках 1a и 1b) exhibit самый большой сдвиг Stark, эти будут отклонять большое часть и можно spatially отделить от молекул в более высоких положениях J 17. Поэтому можно выбрать самая холодная часть молекулярного луча, что значительно помогает во многих приложениях, таких как выравнивание и ориентациямолекул-мишеней 17, 26-28.

В этом вкладе мы показываем, как электростатическое устройство отклонения может быть использовано для пространственного разделения различных видов крупных полярных молекул и скоплений. Приведены примеры для производства чистого пучка отдельного конформера и растворительного кластера четко определенных размеров и соотношения. В частности, мы представляем данные о 3-фторфенол, где чистый луч, содержащий только трансконформера производится, и на индоль-вода кластеров, где индоль (H2O)1 кластер может быть пространственно отделены от воды, идола, идола (H2O) 2 ит.д. .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Описание экспериментальной установки

Схема установки и дефлектора молекулярного луча газовой фазы показана на рисунке 221. Она состоит из

  1. Импульсный клапан Эвеном-Лави29, содержащий молекулярный образец. Другие импульсные молекулярные клапаны луча могут быть использованы одинаково хорошо до тех пор, как холодный молекулярный луч (O(1 K)) образуется. Следующие параметры специфичны для используемого клапана Even-Lavie. В экспериментах, представленных здесь клапан работает на 20 Гц повторения скорость с высоким давлением поддержки (гелий на 50 бар) и расширена в вакуумную камеру эвакуированы до < 10-6 мбар.
  2. Молекулярный луч скиммер (диаметр 2 мм) помещается 22 см вниз по течению от клапана, collimating молекулярного луча и приводит к дифференциальной накачки условиях между импульсным клапаном и остальной части вакуумной системы.
  3. Сразу после скиммера молекулы попадают в электростатическое устройство отклонения. Он состоит из стержня (радиус 3,0 мм) и корыта (радиус кривизны 3,2 мм), каждый длиной 24 см. Вертикальный зазор между электродами в центре устройства составляет 2,3 мм. Потенциальная разница между 0-26 кВ применяется между стержнем и желобом, производя сильное неоднородное электрическое поле с почти постояннымградиентом поля 30, как указано в вставке рисунка 2.
  4. Сразу после того, как молекулы дефлектора попадают в область взаимодействия через второй скиммер, обеспечивая дальнейшую дифференциальную стадию перекачки.
  5. Область взаимодействия (эвакуированная под давление <10-9 мбар) содержит стандартную установку времени полета Wiley-McLaren (TOF). Молекулы ионизированы сфокусированными лазерными импульсами в центре области извлечения, между репеллентом и электродами экстрактора. Производимые ионы ускоряются к многоканальной пластине (MCP) детектор, где массовый спектр записывается.
  6. Лазерные импульсы получены из лазера Nd:YAG накачкой красителя, обеспечивая типичный выход длин волн около 283 нм (индол экспериментов) или 272 нм (3-фторфенол экспериментов) и импульсных энергий несколько МДж. Продолжительность импульса составляет порядка 10 нсек, а импульсы фокусированы объективом f 750 мм до точечного размера 100 мкм в области взаимодействия.
  7. Последовательность синхронизации управляется цифровым генератором задержек, обеспечивающим часы мастера. Это запускает лазер Nd:YAG (флэш-лампы и коммутатор), импульсный клапан и карту дигитайзера, используемую для записи спектров массы.
  8. Массовые спектры регистрируются на карте дигитайзера, срабатывая одновременно с лазерным переключателем. Плотность молекулярного луча извлекается из соответствующих массовых ворот в записанных спектрах времени полета.

2. Производство и характеристика выбранного конформера молекулярного луча

  1. Холодный молекулярный луч молекул-мишеней создается с помощью сверхзвукового расширения и характеризуется с использованием пространственного (x, y направления) и временного (z направления) профилирования.
  2. Загрузите образец резервуара импульсного клапана с химическим образцом. Растворите твердые образцы в соответствующем растворители и поместите несколько капель на небольшой кусок фильтровальной бумаги, который вставляется в картридж образца. Поместите образцы жидкости непосредственно на фильтровальную бумагу.
  3. Производить сверхзвуковое расширение, используя высокой чистоты высокого давления резервного газа. Отрегулируйте температуру пробного резервуара в клапане таким образом, чтобы частичное давление образца составило около 10 мбар.
    Примечание: Для жидких образцов, как правило, не требуется нагревание. Время открытия клапана зависит от точной модели используемого импульсного клапана, для экспериментов, представленных здесь, клапан Even-Lavie работает с электрической продолжительностью импульса 10 сек.
  4. Характеризовать произведенный молекулярный луч с выключенным электростатическим дефлектором. Установите лазер ионизации на известную длину волны для резонансной мультифотонной ионизации (REMPI) конкретного конформера образца. Завехайте височный профиль импульса молекулярного луча, отслеживая общую урожайность родительских ионов на детекторе MCP в качестве функции задержки клапана-лазера.
  5. Зафиксните задержку клапана-лазера в положении максимальной интенсивности для всех последующих измерений.
  6. Завехайте поперечный пространственный профиль молекулярного луча, отслеживая общий выход родительских ионов в качестве функции у положения лазерного фокуса. Сделай это, перемещая фокусировку объектива перпендикулярно лазерному направлению распространения, так что фокус движется в направлении y относительно молекулярного луча.
  7. Повторите временное и пространственное профилирование для всех конформистов, представляющих интерес для луча.
    Примечание: Они обычно имеют различные резонансы REMPI, так что каждый конформист может быть проверен отдельно. Однако при отсутствии поля отклонения временные и пространственные профили идентичны для всех конформистов.
  8. Характеристика отклоненного луча. Включите высоковольтное снабжение дефлектора и заметь пространственные профили для всех изомеров. Теперь они должны отклоняться в соответствии с соотношением момента массы к диполю.
    Примечание: Для видов, проходящих большие отклонения, может потребоваться переместить скиммер сразу же после дефлектора, чтобы обеспечить хорошую передачу отклоненного луча в область обнаружения.
  9. Проведение экспериментов на конформе или выбранной по размеру части молекулярного луча путем обеспечения взаимодействия(например, пересекающегося лазерного луча) происходит в части молекулярного луча, содержащего только виды, представляющие интерес.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Техника электростатического отклонения успешно применяется при разделении структурныхизомеров 16 и нейтральныхкластеров 21,а также при производстве вращения квантового состояния отобранных молекулярных образцов31. Мы демонстрируем это с репрезентативными результатами для разделения cis и трансконформистов 3-фторфенола, и размер выбранных indole (H2O)n кластеров.

3-фторфеноловые конформеры были отделены молекулярным лучом от сверхзвукового расширения 50 баров гелия. Отдельные виды были исследованы через их отличительные резонансы REMPI около 272 нм32. Из-за значительно большего дипольного момента (см. рисунок 1),трансконформист испытывает большее отклонение после прохождения через дефлектор и пространственно отделен от конформера cis и несущего газа луча.

Чтобы охарактеризовать молекулярный луч, образоваваемый во время сверхзвукового расширения, временной профиль собирается с выключенным электростатическим дефлектором, как показано на рисунке 3. Для сравнения, также показан височный профиль неонового семенного луча. Для газа, несущего гелий, мы наблюдаем височную ширину около 12 сек в полную ширину при половине максимума (FWHM), что характерно для расширения от клапана Even-Lavie в этих условиях эксплуатации.

Пространственное распределение молекулярного луча контролируется переводом лазера REMPI относительно направления молекулярного луча, а пространственные профили показаны на рисунке 4. Это показывает пространственный размер cis (красный след) и транс (синий след) конформистов на двух различных полях отклонения, созданный путем применения потенциальной разницы 14 кВ или 28 кВ через дефлектор. Для сравнения полевые профили отображаются на обоих участках пурпурными(cis)и цяньными(транс)кривыми. Они дают пространственную ширину молекулярного луча около 2 мм и показывают, что без дефлектора оба вида смешиваются внутри луча. При наличии отклонения поля трансконформер подвергается значительно большему отклонению, чем конформер cis, и может быть эффективно отделен от других видов, присутствующих в луче, таким образом, что в положении y 3 мм создается чистый транс образец и может быть использован для дальнейших экспериментов.

Разделение кластера демонстрируется сверхзвуковым расширением индола в «мокрый» несущей балке гелия, содержащего следовые количества воды, что приводит к образованию молекулярных скоплений типа индолем(H2O)n. Согласно литературе и расчетам ab initio, индоль (H2O)1 кластер имеет значительно больший дипольный момент (4,4 D), чем чистый индоль (1,96 D), вода (1,86 D) или стелька (H2O)2 кластера, и, следовательно, должны быть отклоненынаиболее 21,33. Все идолы, содержащие виды могут быть выборочно зондироваться через REMPI около 283нм 24,35, используя самую низкую энергию позволило электронно-возбуждающий переход идола. Поскольку этот резонансный шаг возбуждения включает в себя различные частоты в зависимости от разрешения идола, обнаружение полностью селективного вида. Пространственные профили молекулярного луча показаны на рисунке 5, они были записаны с потенциальной разницей 26 кВ между стержнем и электродом корыта и полностью являются видами селективными для идола (синий), индола (H2O)1 (красный) и идола (H2O)2 (зеленый). Линии указывают на смоделированные значения; подробную информацию о методах численного моделирования можно найти влитературе 17,21. Для сравнения поле-свободный (дефлектор заземленный) пространственный профиль показан черной кривой. Как и ожидалось, 1:1 кластера идола и воды испытывает наибольшее отклонение и в положении y 2-3 мм чистый луч идола (H2O)1 создается. Чтобы подчеркнуть влияние дефлектора на профиль пространственного молекулярного луча, вставка на рисунке 5 показывает плотность молекулярного луча идола (H2O)1 как функцию потенциальной разницы, применяемой через дефлектор. Это указывает на то, что по мере увеличения прочности поля самая холодная часть молекулярного луча испытывает все большее отклонение, в то время как более теплые компоненты испытывают значительно меньшее пространственное разделение и некоторая плотность остается в исходном положении. Это, кроме того, подчеркивает выбор самой холодной части молекулярного луча.

Figure 1
Рисунок 1. Рассчитанные энергии Старка E (вверху) и эффективные дипольные μэфф (внизу) для цис и трансконформистов 3-фторфенола. Синяя линия соответствует состоянием вращения J й 0, красные линии - J No 1 и зеленые - J и 2 состояния. Испытанная отклонения пропорциональна μ/м(уравнение 1). Таким образом, более низкие вращения квантовых состояний, которые проявляют μeff, опыт больше отклонения и, следовательно, могут быть разделены. Равным образом, значительно большее μдля трансконформера приводит к большей пространственной отклонения после прохождения через электростатический дефлектор.

Figure 2
Рисунок 2. Экспериментальная установка, состоящая из импульсного клапана, создающая сверхзвуковое расширение молекул-мишеней, электростатического дефлектора и зоны обнаружения с масс-спектрометром времени полета. Вставка показывает неоднородное электрическое поле, созданное внутри дефлектора для напряжения ±13 кВ, на применении к стержню и корыту, соответственно. Нажмите здесь, чтобы просмотреть изображение большего размера.

Figure 3
Рисунок 3. Временный профиль молекулярного луча для гелия (на уровне 380 сек) и неонового (на 826 сек) газа-носителя. Височная ширина луча составляет примерно 3% и 4% от общего времени полета гелия и неона, соответственно.

Figure 4
Рисунок 4. Пространственные профили молекулярного луча, содержащего 3-фторфенол, исследовались выборочно для цис (красных) и транс -голубых (голубых) конформеров, с дефлектором при потенциальных различиях (а) 14 кВ и (б) 28 кВ. Для сравнения поле свободного профиля (дефлектор на 0 кВ) отображается на обоих участках пурпурными и цяньимиследами (цис и транс соответственно).

Figure 5
Рисунок 5. Пространственные профили идола (синий), индола (H2O)1 (красный) и идола (H2O)2 (зеленый) для дефлекторного потенциала 28 кВ. Для сравнения показан профиль идола без поля (черный). Твердые линии в основной панели указывают на моделирование. Показаны вставки измеренных пространственных профилей для индола (H2O)1 при различных потенциальных различиях, применяемых через дефлектор.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

На протяжении всей этой рукописи предполагается знакомство с сверхвысокими вакуумными компонентами, импульсными молекулярными лучовыми клапанами и лазерными источниками, и всегда следует соблюдать связанные с этим процедуры безопасности. Особое внимание необходимо принимать при обработке высоковольтных электродов для дефлектора. Их поверхности должны быть отполированы до высокого уровня и должны быть абсолютно чистыми, чтобы избежать дуги внутри вакуумной камеры. Перед первым использованием электроды должны быть обусловлены вакуумом. Напряжение медленно увеличивается, а ток через электроды измеряется. Электроды не должны рисовать ток (не более чем на несколько nA), независимо от применяемого напряжения. Типичный график кондиционирования для пошагового увеличения прикладного напряжения таков: 0-6 кВ в 3 кВ, 6-10 кВ в 1 кВ, 10-15 кВ в 0,5 кВ шагов. На каждом шагу напряжение должно оставаться неизменным, по крайней мере 15 минут и ток контролируется.

При создании эксперимента по отклонению крайне важно выравнивание компонентов молекулярного луча. Первоначальное выравнивание установки должно проводиться с помощью лазера выравнивания, обеспечивая линию видимости от импульсного клапана, через скиммеры и дефлектор в центр области обнаружения. Кроме того, рекомендуется разместить скиммеры молекулярного луча на кси-переводе (радиальные направления, определенные на рисунке 2) дляоптимизации наблюдаемого сигнала. Это, кроме того, обходит проблемы, с которыми сталкиваются виды больших дипольных моментов, или при использовании очень сильных полей отклонения. Если пространственное разделение слишком большое, молекулы больше не будут проходить через последний скиммер. Поместный скиммер позволяет оптимизировать передачу видов, представляющих интерес, дискриминируя другие.

Следует отметить, что именно молекулы в низкой энергии вращения квантовых состояний, которые имеют наибольшее взаимодействие Старк (как указано на рисунке 1) и, следовательно, опыт наибольшего отклонения. Поскольку метод отклонения не меняет распределение населения, а лишь рассеивает существующий луч, важно, чтобы низкие состояния J изначально были заселены. Это требует хорошего сверхзвукового расширения от сопла, производя холодный молекулярный луч с типичной температурой около 1 K или менее 27.

Общая применимость метода электростатического отклонения для разделения конформеров или кластеров зависит от различий в соотношении масс-диполейных моментов видов, которые должны быть разделены. В случае различных конформеров обычно встречаются различные дипольные моменты из-за различных ориентаций функциональных групп внутри вида, в то время как для кластеров выбор массы весьма желателен для разделения конкретных кластерных стоихиометрий, а также кластерных изомеров данного размера. Имеется несколько вариантов увеличения пространственного разделения. Один из подходов заключается в увеличении времени взаимодействия молекул с электростатическим полем. Это может быть достигнуто с помощью более медленного молекулярного луча, например, за счетиспользованияболее тяжелого (например, неона, аргона или криптона) резервного газа. Кроме того, изготовление более длинного дефлектора также увеличит время взаимодействия. Другой подход к увеличению пространственного разделения достигается является использование более высоких полей отклонения, либо за счет увеличения прикладного напряжения или за счет уменьшения разрыва между двумя электродами. Трудность для обоих этих методов является опасность дуги между двумя электродами, которые потенциально могут повредить электроды не подлежит ремонту. Максимальная потенциальная разница, которую можно безопасно применить (в условиях сверхвысокого вакуума), в решающей степени зависит от используемых материалов и качества отделки поверхности.

В то время как различные конформеры молекул ранее могли быть изучены с помощью спектроскопических методов высокого разрешения,используя их различные микроволновые печи 36,ИК, или УФ-Vis1,37 спектра, электростатический метод отклонения, представленный здесь, позволяет производство чистого луча одного молекулярного вида. Другие геометрии электродов могут быть использованы для выбора нейтральных молекул или кластеров, например,электрический квадрупольный фильтр или переменный градиентныйдеселератор 22,38-40. Эти устройства, однако, значительно больше (>1 м) и гораздо сложнее в производстве и установке. Кроме того, они чрезвычайно чувствительны к механике missalignment24. Представленный статический двухпроводный дефлектор поля состоит из простой геометрии, которая может быть включена в существующиеустановки молекулярного луча 30,41-44.

Мы видим будущее применение этой техники в трех основных областях. Во-первых, изучение конформной специфической реактивности. С помощью электростатического дефлектора может быть создан конформно чистый образец пучка, который впоследствии может быть использован для изучения химических свойств и реактивации одного структурного изомера и размера кластера.

Во-вторых, систематические исследования солвации нейтральных молекул. Использование м/μ позволяет создавать молекулярные кластеры с четко определенной стоихиометрией. Систематическое изучение молекулярных скоплений увеличения размера позволяет изучать эффекты солвания и пытается преодолеть разрыв между сжатой фазой, в которой происходит большинство химических исследований, и газовой фазой, которая позволяет проводить исследования с высоким разрешением. Этот метод хорошо зарекомендовал себя для молекулярныхионов 45-48,но отсутствие селективности размера для нейтралов до сих пор ограничивало изучение нейтральной молекулы солвации, например, с помощьюсверхбыстрых экспериментов с визуализацией.

В-третьих, электростатический дефлектор позволяет от выбора самой холодной части молекулярного луча, благодаря большему эффекту Старка для низкоэнергетические вращения квантовых состояний. Это значительно помогает в 1D и 3D выравнивания и ориентацииэкспериментов 17,26,27,49. Это является важнейшей предпосылкой для следующего поколения молекулярной физики экспериментов извлечения молекулярной информации кадра из сложных молекул, таких как молекулярнаяорбитальная визуализация 2 или дифракция50 экспериментов.

Представленный метод электростатического отклонения является новым, но основан на концептуально простых и устоявшихся идеях, и приводит к разделению видов внутри молекулярного луча по соотношению массы к диполю, используя эффект Старка. Это позволяет создавать холодные, конформные и массово отобранные молекулярные лучи, что позволяет использовать их в молекулярной физике и физической химии.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторов нечего раскрывать.

Acknowledgments

Эта работа была поддержана передового опыта кластера "Гамбургский центр ультрабыстрой визуализации - структура, динамика и контроль материи в атомной шкале" Из Deutsche Forschungsgemeinschaft и Гельмгольц Виртуальный институт "Динамические пути в многомерных ландшафтов".

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Vacuum system various, e.g. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold
Dye laser system various, e.g. Coherent, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes…
Pulsed valve Even-Lavie
High voltage power supply eg. FUG HCP 14-20000
Deflector Custom made
Time-of-flight spectrometer Jordan TOF C-677
TOF power supply Jordan TOF D-603
Focusing lens Thorlabs LA4745
Translation stage e.g. Vision Lasertechnik 8MT167-25
Digitizer e.g. Agilent Acquiris DC440
Digital delay generator Stanford Systems SRS DG645
Molecular beam skimmer Beam Dynamics Inc. http://www.beamdynamicsinc.com/

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Rizzo, T. R., Park, Y. D., Peteanu, L., Levy, D. H. Electronic spectrum of the amino acid tryptophan cooled in a supersonic molecular beam. J. Chem. Phys. 83, 4819-4820 (1985).
  2. Itatani, J., et al. Tomographic imaging of molecular orbitals. Nature. 432, 867-871 (2004).
  3. Kumarappan, V., et al. Multiphoton electron angular distributions from laser-aligned CS2 molecules. Phys. Rev. Lett. 100 (9), 093006-0910 (2008).
  4. Bisgaard, C. Z., et al. Time-resolved molecular frame dynamics of fixed-in-space CS2 molecules. Science. 323 (5920), 1464-1468 (2009).
  5. Holmegaard, L., et al. Photoelectron angular distributions from strong-field ionization of oriented molecules. Nat. Phys. 6, 428-4210 (2010).
  6. Ihee, H., et al. Direct imaging of transient molecular structures with ultrafast diffraction. Science. 291 (5503), 458-462 (2001).
  7. Chergui, M., Zewail, A. H. Electron and x-ray methods of ultrafast structural dynamics: Advances and applications. Chem. Phys. Chem. 10 (1), 28-43 (2009).
  8. Siwick, B. J., Dwyer, J. R., Jordan, R. E., Miller, R. J. D. An atomic-level view of melting using femtosecond electron diffraction. Science. 302 (5649), 1382-1385 (2003).
  9. Sciaini, G., Miller, R. J. D. Femtosecond electron diffraction: heralding the era of atomically resolved dynamics. Rep. Prog. Phys. 74 (9), 096101-0910 (2011).
  10. Hedberg, K., et al. Bond lengths in free molecules of buckminsterfullerene, C60, from gas-phase electron diffraction. Science. 254 (5030), 410-412 (1991).
  11. Filsinger, F., Meijer, G., Stapelfeldt, H., Chapman, H., Küpper, J. S. tate- and conformerselected beams of aligned and oriented molecules for ultrafast diffraction studies. Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (6), 2076-2087 (2011).
  12. Seibert, M. M., et al. Single mimivirus particles intercepted and imaged with an x-ray laser. Nature. 470 (7332), (2011).
  13. Chapman, H. N., et al. Femtosecond x-ray protein nanocrystallography. Nature. 470 (7332), (2011).
  14. von Helden, G., Wyttenbach, T., Bowers, M. T. Conformation of macromolecules in the gasphase – use of matrix-assisted laser-desorption methods in ion chromatography. Science. 267, 1483-1485 (1995).
  15. Jarrold, M. Helices and sheets in vacuo. Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 1659-1671 (2007).
  16. Filsinger, F., et al. Pure samples of individual conformers: the separation of stereo-isomers of complex molecules using electric fields. Angew. Chem. Int. Ed. 48, (2009).
  17. Filsinger, F., et al. Quantum-state selection, alignment, and orientation of large molecules using static electric and laser fields. J. Chem. Phys. 131, 10-1063 (2009).
  18. Kallmann, H., Reiche, F. Über den Durchgang bewegter Moleküle durch inhomogene Kraftfelder. Z. Phys. 6, 352-375 (1921).
  19. Wrede, E. Über die Ablenkung von Molekularstrahlen elektrischer Dipolmoleküle im inhomogenen elektrischen Feld. Z. Phys. 44 (4-5), 4-5 (1927).
  20. Gerlach, W., Der Stern, O. experimentelle Nachweis der Richtungsquantelung im Magnetfeld. Z. Phys. 9, 349-352 (1922).
  21. Trippel, S., Chang, Y. -P., Stern, S., Mullins, T., Holmegaard, L., Küpper, J. Spatial separation of state- and size-selected neutral clusters. Phys. Rev. A. 86, 10-1103 (2012).
  22. Filsinger, F., Erlekam, U., von Helden, G., Küpper, J., Meijer, G. Selector for structural isomers of neutral molecules. Phys. Rev. Lett. 100, 10-1103 (2008).
  23. Filsinger, F., Putzke, S., Haak, H., Meijer, G., Küpper, J. Tuning the resolution of the m=_- selector. Phys. Rev. A. 82, 052513-0510 (2010).
  24. Putzke, S., Filsinger, F., Haak, H., Küpper, J., Meijer, G. Rotational-state-specific guiding of large molecules. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, (2011).
  25. Nielsen, J. H., et al. Stark-selected beam of ground-state OCS molecules characterized by revivals of impulsive alignment. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 18971-18975 (2011).
  26. Stapelfeldt, H., Seideman, T. Colloquium: Aligning molecules with strong laser pulses. Rev. Mod. Phys. 75 (2), 543-557 (2003).
  27. Holmegaard, L., et al. Laser-induced alignment and orientation of quantum-state-selected large molecules. Phys. Rev. Lett. 102, 10-1103 (2009).
  28. Ghafur, O., Rouzee, A., Gijsbertsen, A., Siu, W. K., Stolte, S., Vrakking, M. J. J. Impulsive orientation and alignment of quantum-state-selected NO molecules. Nat. Phys. 5, 289-293 (2009).
  29. Hillenkamp, M., Keinan, S., Even, U. Condensation limited cooling in supersonic expansions. J. Chem. Phys. 118 (19), 8699-8705 (2003).
  30. Ramsey, N. F. Molecular Beams. The International Series of Monographs on Physics. , Oxford University Press. London, GB. (1956).
  31. Nielsen, J. H., Stapelfeldt, H., Küpper, J., Friedrich, B., Omiste, J. J., González-Férez, R. Making the best of mixed-field orientation of polar molecules: A recipe for achieving adiabatic dynamics in an electrostatic field combined with laser pulses. Phys. Rev. Lett. 108 (19), 10-1103 (2012).
  32. Fujimaki, E., Fujii, A., Ebata, T., Mikami, N. Autoionization-detected infrared spectroscopy of intramolecular hydrogen bonds in aromatic cations. I. principle and application to fluorophenol and methoxyphenol. J. Chem. Phys. 110, 4238-4247 (1999).
  33. Kang, C., Korter, T. M., Pratt, D. W. Experimental measurement of the induced dipole moment of an isolated molecule in its ground and electronically excited states: Indole and indole–H2O. J. Chem. Phys. 122 (17), 174301-17 (2005).
  34. Korter, T. M., Pratt, D. W., Küpper, J. Indole-H2O in the gas phase. structures, barriers to internal motion, and S1 S0 transition moment orientation. solvent reorganization in the electronically excited state. J. Phys. Chem. A. 102 (37), 7211-7216 (1998).
  35. Küpper, J., Pratt, D. W., Meerts, L., Brand, C., Tatchen, J., Schmitt, M. Vibronic coupling in indole: II. experimental investigation of the 1La–1Lb interaction using rotationally resolved electronic spectroscopy. Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 4980-4988 (2010).
  36. Suenram, R. D., Lovas, F. J. Millimeter wave spectrum of glycine - a new conformer. J. Am. Chem. Soc. 102, 7180-7184 (1980).
  37. Nir, E., Kleinermanns, K., de Vries, M. S. Pairing of isolated nucleic-acid bases in the absence of the DNA backbone. Nature. 408, 949-951 (2000).
  38. Bethlem, H. L., van Roij, A. J. A., Jongma, R. T., Meijer, G. Alternate gradient focusing and deceleration of a molecular beam. Phys. Rev. Lett. 88 (13), 10-1103 (2002).
  39. Wohlfart, K., Grätz, F., Filsinger, F., Haak, H., Meijer, G., Küpper, J. Alternating-gradient focusing and deceleration of large molecules. Phys. Rev. A. 77, 10-1103 (2008).
  40. Putzke, S., Filsinger, F., Küpper, J., Meijer, G. Alternating-gradient focusing of the benzonitrile-argon van der waals complex. J. Chem. Phys. 137 (10), 10-1063 (2012).
  41. Knight, W. D., Clemenger, K., de Heer, W. A., Saunders, W. A. Polarizability of alkali clusters. Phys. Rev. B. 31 (4), 2539-2540 (1985).
  42. Tarnovsky, V., Bunimovicz, M., Vuškovic, L., Stumpf, B., Bederson, B. Measurements of the DC electric-dipole polarizabilities of the alkali dimer molecules, homonuclear and heteronuclear. J. Chem. Phys. 98 (5), 3894-3904 (1993).
  43. Schäfer, R., Schlecht, S., Woenckhaus, J., Becker, J. Polarizabilities of Isolated Semiconductor Clusters. Phys. Rev. Lett. 76 (3), 471-474 (1996).
  44. Antoine, R., et al. Electric dipole moments and conformations of isolated peptides. Eur. Phys. J. D. 20, 583-587 (2002).
  45. Cosby, P. C., Smith, G. P., Moseley, J. T. Photodissociation and photodetachment of molecular negative ions. IV. Hydrates of O. J. Chem. Phys. 69, 2779-2781 (1978).
  46. Hunton, D. E., Hofmann, M., Lindeman, T. G., Albertoni, C. R., Castleman Jr,, W, A. Photodissociation spectroscopy and dynamics of negative ion clusters. II. CO. (H2O)1;2;3. J. Chem. Phys. 82, 2884-2895 (1985).
  47. Castleman, A. W., Bowen J, K. H., J, Clusters: Structure, energetics, and dynamics of intermediate states of matter. J. Phys. Chem. 100, 12911-12944 (1996).
  48. Verlet, J. R. R. Femtosecond spectroscopy of cluster anions: insights into condensed-phase phenomena from the gas-phase. Chem. Soc. Rev. 37, 505-517 (2008).
  49. Nevo, I., et al. Laser-induced 3D alignment and orientation of quantum state-selected molecules. Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 9912-9918 (2009).
  50. Reckenthaeler, P., Centurion, M., Fuss, W., Trushin, S. A., Krausz, F., Fill, E. E. Time-resolved electron diffraction from selectively aligned molecules. Phys. Rev. Lett. 102 (21), 213001-2110 (2009).

Tags

Физика выпуск 83 химическая физика физическая химия молекулярная физика молекулярные лучи лазерная спектроскопия кластеры
Пространственное разделение молекулярных конформеров и кластеров
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Horke, D., Trippel, S., Chang, Y.… More

Horke, D., Trippel, S., Chang, Y. P., Stern, S., Mullins, T., Kierspel, T., Küpper, J. Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters. J. Vis. Exp. (83), e51137, doi:10.3791/51137 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter