Waiting
Login processing...

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

Chemistry

في الموقع سيمز والأشعة تحت الحمراء الطيفي من السطوح محددة جيدا من إعداد لينة الهبوط من الأيونات اختيارها قداس-

Published: June 16, 2014 doi: 10.3791/51344
Automatic Translation
1, 1, 1
1Physical Sciences Division, Pacific Northwest National Laboratory

Summary

هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على السطوح هو نهج قوية لإعداد رقابة شديدة من المواد الجديدة. إلى جانب تحليل الوضع الطبيعي الثانوية مطياف الكتلة ايون (سيمز) والأشعة تحت الحمراء امتصاص انعكاس التحليل الطيفي (IRRAS) في، يوفر هبوط ناعم رؤى غير مسبوقة في تفاعلات الأنواع محددة جيدا مع الأسطح.

Abstract

هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على السطوح هو نهج قوية لإعداد رقابة شديدة من المواد التي لا يمكن الوصول إليها باستخدام تقنيات التوليف التقليدية. اقتران هبوط ناعم مع توصيف الوضع الطبيعي في استخدام الطيف الثانوي الشامل أيون (سيمز) والأشعة تحت الحمراء الطيفي امتصاص انعكاس (IRRAS) تمكن من تحليل الأسطح واضحة المعالم في ظل ظروف الفراغ نظيفة. ويوضح قدرات ثلاثة صكوك لينة الهبوط التي شيدت في المختبر لدينا لنظام ممثل organometallics محددة السطح هبوط ناعم للمختارة الشامل الروثينيوم تريس (bipyridine) dications أعدت، [رو (bpy) 3] 2 + (bpy = bipyridine)، على إنهاء حمض الكربوكسيلية السطوح أحادي الطبقة الذاتي تجميعها على الذهب (COOH-صواريخ سام)، وفي الموضع الوقت من الطيران (TOF يوفر) SIMS التبصر في التفاعل من لينة هبطت الأيونات. بالإضافة إلى ذلك، حركية الحد من تهمة، وتحييد ديالامتصاص التي تحدث على COOH-SAM أثناء وبعد دراسة أيون الهبوط بسلام باستخدام فورييه في الموقع تحويل ايون سيكلوترون صدى القياسات (FT-ICR) SIMS على حد سواء. IRRAS في الموضع توفير تجارب التبصر في كيفية هيكل بروابط العضوية المحيطة مراكز المعدن منزعجة من خلال تجميد الأيونات الفلزية العضوية على COOH-SAM السطوح قبل الهبوط بسلام. بشكل جماعي، وتوفير الصكوك الثلاثة معلومات تكميلية حول التركيب الكيميائي، التفاعل وهيكل الأنواع واضحة المعالم معتمدة على السطوح.

Introduction

هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على السطوح لا يزال موضع اهتمام البحث الحالي نظرا لقدرات أثبتت هذه التقنية لإعداد رقابة شديدة من المواد الجديدة 1-6. وأشارت الجهود التي بذلت مؤخرا التطبيقات المحتملة في المستقبل من الهبوط بسلام من أيونات مختارة الشامل في إعداد الببتيد والبروتينات صفائف لاستخدامها في الفرز الفائق الإنتاجية البيولوجية 7،8، والفصل بين البروتينات والببتيدات تخصيب بتكوين 9-12، المرفق التساهمية الببتيدات على الأسطح 9،10،13،14، والإثراء من المركبات العضوية مراوان 15، وتوصيف الكهروكيميائية من البروتينات الأكسدة النشطة محددة 16-18، وإنتاج أفلام رقيقة 19،20 الجزيئية، وتجهيز الجزيئات مثل الجرافين 21 وإعداد نموذج نظم محفز من خلال الهبوط لينة من المجموعات الأيونية 22-39، 40-48 النانوية وشارك العضويهmplexes على مواد الدعم 19،49-56. واقترح مفهوم تعديل الأسطح الناعمة من خلال الهبوط من أيونات متعدد الذرات في البداية من قبل طهاة وزملاء العمل في عام 1977 57. وفي السنوات اللاحقة تم تطوير مجموعة واسعة من النهج فعال للرقابة ترسب أيونات مختارة الشامل من الغاز المرحلة على السطوح 1،4،5. وقد تم إنتاج الأيونات من خلال عمليات مثل التأين electrospray (ESI) 10،58،59، بمساعدة الليزر مصفوفة الامتزاز / التأين (MALDI) 21، تأثير الإلكترون التأين (EI) 60،61، قوس التفريغ نابض 62، خامل التكثيف الغاز 36 ، 63، 64،65 المغنطرون الاخرق، والليزر تبخير 25،66،67. اختيار كتلة أيونات الغاز مرحلة قبل الهبوط لينة قد تحقق أساسا تستخدم مرشحات كتلة رباعي 58،68،69، وأجهزة انحراف مغناطيسي 70، وخطي الصكوك فخ أيون 8،59. A ولا سيما الملاحظهمقدما بلي في منهجية هبوط ناعم ايون وقعت مؤخرا مع نجاح تنفيذ المحيطة أيون هبوط ناعم ورد الفعل من قبل طهاة وزملاء 71،72. باستخدام هذه التقنيات التأين والشامل الاختيار المختلفة، وقد تم دراسة تفاعلات مفرط الحرارة (<100 فولت) أيونات متعدد الذرات مع الأسطح من أجل فهم أفضل للعوامل التي تؤثر على كفاءة أيون هبوط ناعم والعمليات المتنافسة للنثر رد الفعل ويتفاعل كما كذلك السطح بفعل التفكك 4،73-75.

وقد تم إعداد نموذج محفزات واضحة المعالم لأغراض بحثية تطبيق مثمرة بشكل خاص من الهبوط بسلام من أيونات مختارة الشامل 25،34،35،56،76-81. في نطاق حجم الكتل النانو، حيث لا مقياس السلوك الفيزيائية والكيميائية خطيا مع حجم الكتلة، فقد ثبت أن إضافة أو إزالة الذرات واحدة أو من مجموعات قد تؤثر بشكل كبير الEIR التفاعلات الكيميائية 82-84. هذه الظاهرة النانو، والذي ينتج من الحبس الكم، وقد تجلى بشكل مقنع من قبل HEIZ وزملاء العمل 85 لمحفز نموذج يتألف من مجموعات هبطت لينة من ثماني ذرات الذهب (الاتحاد الافريقي 8) معتمدة على أهداب الشوق سطح عيب الغنية. قدمت العديد من الدراسات الإضافية دليلا على التفاعل تعتمد على حجم مجموعات الدعم على الأسطح 34،77،86،87. علاوة على ذلك، الصور عالية الدقة المجهر الإلكترون تشير إلى أن مجموعات تحتوي على عدد قليل من مثل عشرة 88 خمسة وخمسون 89 الذرات قد تكون مسؤولة إلى حد كبير عن النشاط متفوقة من المواد الحفازة الذهب توليفها الأكبر معتمدة على أكاسيد الحديد. توظيف الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل، فمن الممكن لإعداد صفائف مستقرة من مجموعات مختارة وحجم الجسيمات النانوية التي لا تنتشر والتكتل في هياكل أكبر على سطح مواد الدعم 90-92. وتشير هذه الدراسات السابقة التي مع continuجي التنمية والهبوط لينة من مجموعات مختارة الشامل والجسيمات النانوية قد تصبح تقنية تنوعا لخلق المحفزات غير المتجانسة نشطة للغاية التي تستغل سلوك الناشئة أعداد كبيرة من كتل الجسيمات النانوية ومتطابقة في المصفوفات الموسعة على السطوح. ويمكن استخدام هذه الأنظمة للغاية واضحة المعالم لأغراض البحوث لفهم كيفية المعلمات الحرجة مثل حجم الكتلة، مورفولوجيا والتكوين الأولي وتأثير السطح تغطية النشاط التحفيزي والانتقائية والمتانة.

أيضا يمكن أن يجمد المجمعات الفلزية العضوية التي تستخدم عادة في حل مرحلة محفزات متجانسة كما على الأسطح الناعمة من خلال الهبوط من أيونات مختارة الشامل 56،80،81. ربط المجمعات المعادن الأيونية ليجند الدعم الصلبة لإنتاج المواد العضوية غير العضوية المختلطة هي حاليا منطقة نشطة للبحث في الحفز والعلوم سطح المجتمعات 93. الهدف العام هو الحصول على ارتفاعالانتقائية نحو المنتج المطلوب من حل للتخلص المجمعات معدن يجند، مع تيسير الانفصال أسهل من المنتجات من المواد الحفازة والكواشف المتبقية في الحل. بهذه الطريقة، يجمد سطح المجمعات العضويه جني ثمار كل من المواد الحفازة متجانسة وغير متجانسة. من خلال اختيار الركيزة المناسبة فمن الممكن للحفاظ أو حتى تحسين البيئة يجند العضوية حول مركز المعادن النشطة حين تحقيق أيضا تجميد سطح قوي 94. يجوز إنهاء الذاتي تجميعها السطوح أحادي الطبقة (صواريخ سام) على الذهب مع عدد من المجموعات الوظيفية المختلفة، وهي لذلك، وأنظمة مثالية للتحقيق في جدوى يربطون المجمعات العضويه على الأسطح الناعمة من خلال الهبوط من أيونات مختارة الشامل 95. علاوة على ذلك، أثبتت أساليب التأين مثل الضغط الجوي التأين الامتزاز الحراري (APTDI) سابقا لانتاج الغاز مرحلة مختلط المعادن المجمعات غير العضويةالتي لا يمكن الوصول إليها من خلال التوليف في حل 96. في سياق مماثل، وتقنيات غير الحرارية التوليف محدودة kinetically والتأين مثل المغنطرون الاخرق 65، وتجميع الغاز 63 والليزر تبخير 66 أيضا قد يكون مقرونا أيون لينة الأجهزة الهبوط لتوفير طريقا تنوعا لمجموعات والجسيمات النانوية غير العضوية الرواية معتمدة على السطوح.

من أجل أن تتطور الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل إلى تكنولوجيا ناضجة لإعداد المواد، فمن الأهمية بمكان أن الأساليب التحليلية بالمعلومات أن يقترن مع لينة الأجهزة الهبوط للتحقيق في الخواص الكيميائية والفيزيائية للسطوح قبل وأثناء وبعد ترسب الأيونات. حتى الآن، تم تطبيق العديد من التقنيات لهذا الغرض بما في ذلك الثانوية مطياف الكتلة ايون (سيمز) 19،97-100، ودرجة الحرارة المبرمجة الامتزاز وتفاعل 50،52، الامتزاز الليزر والتأين 101، نابض الشعاع الجزيئي رد الفعل 102، التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR ورامان) 98103104، سطح تعزيز رامان الطيفي 103105، تجويف ringdown الطيفي 106، الأشعة السينية الضوئية الطيفي 35107، المجهر النفقي 33،108-111، القوة الذرية المجهري 112-114، وانتقال الإلكترون المجهري 39. ومع ذلك، لتوصيف أكثر دقة السطوح المحضرة أو تعديلها من قبل ايون الهبوط لينة، من الأهمية بمكان أن التحليل أن يؤديها في الموقع دون التعرض الركيزة للبيئة في المختبر. وقد وفرت التحليلات السابقة التي أجريت في الموقع ثاقبة ظواهر مثل الحد من تهمة الأيونية من أيونات هبطت الناعمة مع مرور الوقت 37،38،115،116، والامتزاز من لينة هبطت الأيونات من الأسطح 52، وكفاءة والاعتماد على الطاقة الحركية للأيون رد الفعل الهبوط 14،81 ، وتأثير حجمعلى النشاط التحفيزي للمجموعات وأودعت النانوية على السطوح 117. على سبيل المثال، في مختبرنا، درسنا منهجية حركية الحد من المسؤول عن الببتيدات البروتونية على أسطح مختلفة صواريخ سام 3. وقد أجريت هذه التجارب مع صك هبوط ناعم فريدة من نوعها إلى جانب تحويل فورييه ايون سيكلوترون صدى ايون الثانوية مطياف الكتلة (FT-ICR-SIMS) التي تمكن من تحليل الوضع الطبيعي من السطوح في أثناء وبعد هبوط ناعم من الأيونات 97 على حد سواء. لتوسيع بناء هذه القدرات التحليلية، وشيد أداة أخرى تسمح توصيف الوضع الطبيعي من الأيونات سقطت على الأسطح الناعمة باستخدام IRRAS 104 في. هذه التقنية الحساسة للسطح بالأشعة تحت الحمراء يمكن تشكيل السندات وعمليات التدمير وكذلك التغيرات متعلق بتكوين في أيونات معقدة وطبقات السطح المراد رصدها في الوقت الحقيقي أثناء وبعد هبوط ناعم 12 على حد سواء. على سبيل المثال، وذلك باستخدام IRRAS كانأثبتت أن أيون الهبوط لينة يمكن استخدامها لشل حركة تساهميا الببتيدات مختارة الشامل على N-hydroxysuccinimidyl استر بين functionalized صواريخ سام 13،14.

هنا، نحن لتوضيح قدرات ثلاثة صكوك مبنية خصيصا فريدة من نوعها تقع في المختبر الوطني شمال غرب المحيط الهادئ التي تم تصميمها لفي الموقع TOF-SIMS، FT-ICR-SIMS، وتحليل IRRAS من ركائز المنتجة من خلال الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل على السطوح. كنظام ممثل، فإننا نقدم نتائج لهبوط ناعم للمختارة الشامل العضويه الروثينيوم تريس (bipyridine) dications [رو (bpy) 3] 2 + على حمض الكربوكسيلية إنهاء صواريخ سام (COOH-صواريخ سام) لإعداد المجمعات العضويه يجمد. وتبين أن TOF-SIMS في الموقع يقدم مزايا حساسية عالية للغاية والنطاق الديناميكي عموما كبيرة مما يسهل تحديد الأنواع وفرة منخفضة بما سيطة رد الفعل التي قد تكون مرحلة ما قبل فقطأرسلت لفترات قصيرة من الوقت على السطوح. كما يوفر TOF-SIMS التبصر في كيفية إزالة يجند من أيون العضويه في طور الغاز، وذلك قبل الهبوط لينة، تؤثر كفاءته نحو تجميد على الأسطح والتفاعلات الكيميائية تجاه الجزيئات الغازية. توصيف التكميلية في الموقع باستخدام FT-ICR-SIMS يوفر نظرة ثاقبة للحد من تهمة، وتحييد حركية الامتزاز من أيونات مشحونة على نحو مضاعف على السطح بينما في الموقع IRRAS تحقيقات هيكل بروابط العضوية المحيطة مراكز معدنية مشحونة، والتي قد تؤثر على خصائص الإلكترونية وتفاعل الأيونات يجمد. بشكل جماعي، ونحن توضيح كيفية الهبوط بسلام من أيونات مختارة الشامل جنبا إلى جنب مع التحليل الموقعي من قبل SIMS وIRRAS في رؤية ثاقبة التفاعلات بين الأنواع والسطوح التي لها آثار على نطاق واسع من الجهود العلمية واضحة المعالم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد COOH-SAM السطوح على الذهب للهبوط لينة من الأيونات اختيارها قداس-

  1. الحصول على ركائز الذهب مسطحة على السيليكون (سي) أو على حوامل الميكا. بدلا من ذلك، وإعداد الأفلام الذهب على سي أو الأسطح الميكا وفقا للإجراءات الموضحة في الأدب 118119. ملاحظة: استخدام السطوح التي لها المواصفات التالية: 1 سم 2 أو دائرية و 5 مم في القطر، 525 ميكرون طبقة سميكة سي، 50 سميكة تي طبقة التصاق، 1،000 Å الاتحاد الافريقي طبقة.
  2. وضع الأسطح الطازجة الذهب على اساس السيليكون في الزجاج قارورة التلألؤ وتزج في نقي (غير المعطل) الايثانول.
  3. وضع قارورة التلألؤ تحتوي على السطوح الذهب مغمورة في الإيثانول إلى نظافة بالموجات فوق الصوتية، ويغسل لمدة 20 دقيقة لإزالة أي حطام السطح. ملاحظة: لا يغسل بالموجات فوق الصوتية الذهب على الأسطح الميكا حيث سيؤدي ذلك إلى فصل الذهب فيلم من دعم مادي الميكا.
  4. إزالة السطوح الذهب غسلها من قارورة وجافة مع تيار مننقية N 2 لمنع تشكيل أي بقع متبقية من الايثانول.
  5. وضع مواجهة السطوح الذهب جفت في الأشعة فوق البنفسجية (UV) أنظف وأشرق لمدة 20 دقيقة لإزالة سطح المواد العضوية.
  6. في قارورة زجاجية التلألؤ، وإعداد 5 مل من 1 ملم من حمض حلول 16 mercaptohexadecanoic (COOH-SAM) في الإيثانول غير التشويه والتحريف.
  7. إضافة حمض الهيدروكلوريك إلى تركيز النهائي من 1٪ حمض الهيدروكلوريك في الإيثانول لضمان أيون الهيدروجين الموجب من مجموعات حمض الكربوكسيلية من الجزيئات.
  8. وضع غسلها وتجفيفها وتواجه السطوح الذهب تنظيفها الأشعة فوق البنفسجية تصل إلى حلول COOH-SAM ضمان أن سطح الذهب كله مغمورة تماما في كل قنينة. تسمح الأسطح أحادي الطبقة على الذهب لتجميع لا يقل عن 24 ساعة في الظلام (التفاف قارورة في احباط).
  9. إزالة الأسطح من الحلول COOH-SAM ووضعه في قارورة التلألؤ جديدة تحتوي على 5 مل من حمض الهيدروكلوريك 1٪ في الايثانول. بالموجات فوق الصوتية غسل SAM السطوح لمدة 5 دقائق لإزالة أي جزيئات الاب physisorbedام سطح أحادي الطبقة.
  10. إزالة الأسطح غسلها من قارورة وشطف مع عدة 1 مل aliquots من 1٪ حمض الهيدروكلوريك في الايثانول. تجفيف COOH-SAM السطوح تحت تيار من N 2.
  11. باستخدام ملقط معدنية نظيفة وارتداء القفازات وضع سطح SAM على واحد من ثلاثة معدنية عينة يتصاعد التي تتوافق مع كل صك هبوط ناعم مع الحرص على عدم لمس الجبهة التي تواجه سطح الذهب في هذه العملية. تأكد من أن السطح هو ثابت بإحكام في مكان وأنه لا يوجد اتصال الكهربائية قوية بين الجانب الخلفي من سطح العينة المعدنية وجبل.
  12. توظيف قدرات عينة مقدمة حمل خصلة من الصكوك هبوط ناعم (كل مختلف قليلا)، تأكد من أن صمام البوابة التي تفصل بين المنطقة إدخال عينة من الصك من غرفة الهبوط لينة مغلق. إحضار العينة مقدمة الغرفة حتى الضغط الجوي عن طريق إيقاف مضخة فراغ turbomolecular والتأين قياس الضغط وclosiنانوغرام صمام إلى foreline الميكانيكية مضخة فراغ.
  13. عندما تصل الغرفة إدخال عينة الضغط الجوي فتح باب عينة وتأمين صاحب العينة بحزم مناور (مرحلة XYZ أو ض مترجم) داخل الصك. إغلاق الباب وفتح صمام إلى foreline الميكانيكية مضخة فراغ. عندما تصل الغرفة إدخال عينة ضغط 10 -3 عربة، بدوره على مضخة فراغ turbomolecular وقياس الضغط التأين.
  14. عندما تصل الغرفة إدخال عينة ضغط 10 -5 عربة، افتح صمام البوابة إلى غرفة هبوط ناعم. استخدام مناور المغناطيسي أو مرحلة XYZ لوضع سطح SAM تمشيا مع شعاع ايون لبدء الهبوط بسلام.

2. الهبوط لينة رو اختيارها قداس (bpy) 3 2 + على COOH-SAM السطوح

  1. الحصول تريس (2،2 '-bipyridyl) ثنائي كلورو الروثينيوم (الثاني) هيكساهيدرات الصلبة. تذوب البلورات الحمراء في الميثانول النقي لكرeate حلول الأسهم مع تركيز 10 -3 م. تمييع الحلول الأسهم بعامل إما 10 أو 100 مع الميثانول لتحقيق الأمثل electrospray أيون الحالية مختارة الشامل رو (bpy) 3 2 + م / ض = 285.
  2. تحميل حلول المخفف في 1 مل المحاقن الزجاج. استخدام مضخة الحقنة للبث الحل من خلال 360 ميكرون قطرها الخارجي 80 ميكرون القطر الداخلي تنصهر السيليكا الشعرية التي منحازة بين 2-3 كيلو فولت لتوليد الأيونات الموجبة. ضبط معدل تدفق ضخ حقنة بين 20-40 ميكرولتر / ساعة للحصول على أفضل ايون الحالية والاستقرار على السطح.
  3. ضبط رباعي الشامل مرشح لكتلة رو (bpy) 3 2 + أيون م / ض = 285 لمنع هبوط ناعم من الأنواع الأخرى من رو (bpy) 3 2 + على السطح. باستخدام مقاومة عالية متصل الكهربية إلى الركيزة من خلال فراغ الكهربائية، وضبط إعدادات الجهد من خلال تغذية من أيونات البصريات وأدلة الترددات الراديوية أيون لتعظيم الحالي ايون واستقرار رو (bpy) 3 2 + تقاس على سطح SAM. تسمح التجربة لتشغيل لفترة محددة من الوقت لتحقيق التغطية المرغوب فيه من الأيونات على سطح COOH-SAM.
  4. زيادة الانحدار المحتملة في المنطقة ذات الضغط العالي تصادم رباعي الصكوك هبوط ناعم لتهيئة الظروف القاسية التي تمكن طور الغاز يجند تجريد من أيون العضويه من خلال الاصطدام الناجم عن التفكك. ملاحظة: تفحص الرسم التخطيطي واحد من الصكوك هبوط ناعم الثلاثة، الذي هو أيضا ممثل المراحل المبكرة من غيرها من الصكين، والذي يرد في الشكل 1 وتجزئة رو (bpy) 3 2 + أيون يحدث في المنطقة 4. زيادة الجهد المطبق على لوحة الخلفي من أيون قمع كهروديناميكي لإزالة واحدة من يجند bipyridine رو (bpy) 3 2 + م / ض = 285 إنتاج الغازالمرحلة رو (bpy) 2 2 + م / ض = 207 في المنطقة 4 من الصك 81. حدد الشامل جزء undercoordinated شديدة التفاعل أيون باستخدام فلتر الشامل في المنطقة رباعي 6 من الصك والأرض لينة على COOH-SAM السطوح لدراسة كيفية ربط مدى يؤثر على خصائص الأيونات الفلزية العضوية المعتمدة.
  5. ضبط البصريات ايون المحيطة بها، بما في ذلك العاصمة الفولتية المطبقة على قضبان رباعية فضلا عن الحد تصرف لتعظيم الحالي مختارة الشامل رو (bpy) 2 2 + الأيونات جزء على السطح.

3. تحليل من قبل في الموقع TOF-SIMS قبل وبعد التعرض للغازات رد الفعل

  1. إيقاف ضخ حقنة والجهد العالي إلى باعث ESI. فتح صمام البوابة التي تفصل بين المنطقتين الصك أثناء العملية. استخدام مناور المغناطيسي لتحريك سطح استعداد من غرفة الهبوط بسلام إلى مرحلة التحليل داخلالجزء TOF-SIMS الصك.
  2. فك الارتباط بين تلك مناور من العينة وسحب بالكامل من التحليل الغرفة سيمز. إغلاق صمام بوابة بين هبوط ناعم وقطع SIMS الصك لأن TOF-SIMS تعمل عند ضغط أقل بكثير من منطقة الهبوط لينة من الصك.
  3. لإجراء التجربة TOF-SIMS، تحميل ملف التحكم أداة في البرنامج والتأكد من أن مصدر جا + هو انتاج تيار مستقر بما فيه الكفاية من الأيونات الأولية. ملاحظة: توظيف 15 كيلو الأولية الأيونات الغاليوم (GA +، 500 السلطة الفلسطينية، 5 NSEC عرض النبض، ومعدل تكرار 10 كيلو هرتز) للحث على الامتزاز من لينة هبطت مواد من السطوح. استخراج الأيونات الثانوية طرد من السطح إلى محلل الشامل، الذي يتكون من ثلاثة قطاعات كهرباء منفصلة.
  4. اكتساب-x و y المحور ملامح خط عبر السطح لتحديد مركز إيداع بقعة من الأيونات على الركيزة (عادة في وسط سطحالثانية 3 مليمتر في القطر). ضع السطح بحيث جا + شعاع أيون الأساسي هو حادث في وسط البقعة المودعة من الأيونات. الحصول على الطيف الشامل TOF-SIMS لمدة 5 دقائق.
  5. إيقاف الأولية جا + شعاع ايون والفولتية العالية للTOF-SIMS. استخدام مناور المغناطيسي لنقل العينة مرة أخرى إلى الهبوط لينة جزء من الصك. تأكد من أن صمام البوابة التي تفصل بين الغرفتين مغلق قبل المضي قدما.
  6. استخدام صمام تسرب عالية فراغ في الغرفة هبوط ناعم لإدخال تدفق تسيطر فائقة عالية النقاء الأكسجين (O 2) الغاز من اسطوانة في الصك. استخدام صمام البوابة قابل للتعديل أمام مضخة فراغ turbomolecular لخنق سرعة ضخ المضخة لتحقيق ضغط ثابت للدولة من 10 -4 عربة من O 2 داخل غرفة هبوط ناعم.
  7. بعد التعرض لسطح لO 2 لمدة 30 دقيقة إغلاق صمام تسرب، افتح صمام البوابة أنحاء اله turbomolecular مضخة فراغ، والسماح للO المتبقية 2 إلى ضخ بعيدا. بعد الضغط في الغرفة قد انخفض، فتح صمام البوابة إلى الجزء SIMS الصك واستخدام مناور المغناطيسي لوضع السطح على منصة تحليل لجولة ثانية من تحليل TOF-SIMS.
  8. بعد الحصول على الطيف الثاني TOF-SIMS كما هو موضح في المقاطع 3،3-3،4، افتح صمام البوابة ووضع السطح مرة أخرى في غرفة هبوط ناعم التعرض لل10 -4 عربة من C 2 H 4 لمدة 30 دقيقة. إجراء تحليل SIMS مرة أخرى كما هو موضح أعلاه.

4. تحليل من قبل في الموقع FT-ICR-SIMS خلال وبعد الهبوط لينة

  1. إعداد السطوح SAM للتجارب مع في الموقع FT-ICR-SIMS الصك بطريقة مماثلة لتلك التي وصفها في القسم 1 ولكن على ركائز دائرية 5 مم في القطر. ملاحظة: استخدام ركائز أن يتم قطع الليزر من الذهب المطلي رقاقة السيليكون (5 نانومتر الكرومطبقة التصاق و 100 نيوتن متر من الكريستالات الذهب المودعة بخار). أن ندرك أن الفرق أبرزها هو أن في الصك FT-ICR-SIMS يتم وضع السطح داخل تجويف من المغناطيس فائق التوصيل. وجود المغناطيس فلابد أن يكون وضعها على الأسطح في نهاية 5 أقدام دليل ض الترجمة لتمكينهم من وضعه بأمان وadjustably في اللوحة الخلفية للخلية ICR.
  2. باستخدام واجهة التحميل قفل، ضع سطح SAM التعميم في لوحة محاصرة الخلفي للخلية ICR تقع داخل المغناطيس تسلا 6. ملاحظة: كن على علم بأن هذا الصك هو المصممة خصيصا 6 تسلا FT-ICR مطياف الكتلة تكوين لدراسة التفاعلات أيون سطح 97120.
  3. تعمل أيون جزء هبوط ناعم الصك FT-ICR-SIMS بطريقة مماثلة لتلك التي وصفها في القسم 2.
  4. استخدام مصدر ايون السيزيوم لإنشاء شعاع المستمر من 8 كيلو فولت جيم + الأيونات الأولية لتفل السطح خلالالثانية بعد أيون هبوط ناعم.
  5. الاستفادة من مصدر ESI المتمركزة على 90 درجة في اتجاه محور الأداة الرئيسية لتوليد أيونات لهبوط ناعم. تركيز أيونات من خلال 90 درجة الانحناء رباعي 120. ملاحظة: يجب أن تدرك هذه الهندسة أداة يسهل هبوط ناعم في وقت واحد رو (bpy) 3 2 + وانتقال الابتدائي جيم + أيون شعاع إلى السطح مما يمكن رصد عملية الهبوط بسلام أثناء وبعد ترسب ايون على حد سواء.
  6. اعتراض وتحليل أيونات الثانوية طرد من السطح باستخدام FT-ICR-MS. ملاحظة: توظيف الظروف SIMS ثابت المقابلة لتدفق أيون مجموعه حوالي 10 10 أيونات / سم 2 (4 غ الحالية ومدتها 80 μsec، وقطره 4.6 ملم بقعة، 10 طلقة لكل الطيف، ~ 200 نقاط البيانات) لهذه التجارب التي تستمر ل حوالي 7 ساعة. يبلغ متوسط ​​كل الطيف SIMS أكثر من 10 طلقات المقابلة إلى وقت اكتساب ~ 10 ثانية.
  7. الحصول على بيانات حركية من خلال أخذ عينات من SAM المعالCE كل 4 دقائق لحوالي 7 ساعة أثناء وبعد ترسيب أيون.
  8. أداء الحصول على البيانات والتحكم الصك باستخدام نظام التحكم الآلي وحدات البيانات الموضحة في الأدب 121.

5. تحليل من قبل في الموقع IRRAS خلال وبعد الهبوط لينة

  1. إعداد السطوح SAM للتجارب مع أداة IRRAS في الموقع بطريقة مماثلة لتلك التي وصفها في القسم 1 ملاحظة: كن على علم بأن أكبر الفرق مع نتائج أداة IRRAS من تحديد المواقع بدقة السطح مع ض الترجمة التي هي اللازمة لتحديد موقع الركيزة في النقطة البؤرية للمرايا القطع المكافئ، وتمشيا مع شعاع من الأيونات. تحقيق أقصى قدر من التداخل بين شعاع الأشعة تحت الحمراء والأيونات بقعة تترسب على السطح.
  2. إجراء التجارب IRRAS في الهندسة الرعي-الإصابة توظيف مطياف FTIR مجهزة النيتروجين السائل يبرد الزئبق والكادميوم-تلوريد (MCT) كاشف.
  3. استخدام مرآة المغلفة بالذهب شقة لتوجيه الضوء الخروج من مطياف FTIR على مرآة الذهب مكافئ. تعكس الضوء من مرآة مكافئ من خلال شبكة الأسلاك منتصف الأشعة تحت الحمراء والمستقطب في فراغ الغرفة من خلال منفذ العرض.
  4. توجيه ضوء الأشعة تحت الحمراء من الطيف على سطح COOH-SAM المتمركزة داخل فراغ الغرفة. ملاحظة: يقام فراغ الغرفة عند ضغط 10 -5 عربة خلال أيون هبوط ناعم.
  5. ضع SAM عاكسة على سطح الذهب داخل غرفة فراغ في النقطة البؤرية من أول مرآة مكافئ باستخدام بالمحركات ض الترجمة.
  6. تعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء دخول فراغ الغرفة من سطح SAM والخروج من الغرفة من خلال منفذ العرض الثاني. استخدام مرآة الذهب مكافئ ثاني لتركيز الضوء المنعكس من سطح إلى كاشف MCT.
  7. تطهير الطريق من شعاع الأشعة تحت الحمراء خارج فراغ الغرفة مع N 2.
  8. ميلانأطياف كراس في مجموعة فترات خلال الترسيب.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

1. التحقيق في التفاعل رو (bpy) 3 2 + على COOH-صواريخ سام في الموقع عن طريق TOF-SIMS

ويتضح هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على العضويه بين functionalized الأولى باستخدام صواريخ سام في الموقع TOF-SIMS لتوفير أقصى قدر من الحساسية تجاه الكشف عن adducts شكلت بين الأيونات أودعت والجزيئات الفردية في الطبقات الوحيدة فضلا عن أي منتجات من التفاعلات الكيميائية بعد التعرض من السطوح إلى الغازات التفاعلية. رو مشحونة على نحو مضاعف (bpy) 3 2 + أيون تنبع من انحلال وتفكك تريس المرحلة الصلبة (2،2 '-bipyridyl) بلورات dichlororuthenium (II) هيكساهيدرات في الميثانول. رو (bpy) 3 2 + م / ض = 285 dication المختارة للتجارب الهبوط لينة ممثل الموصوفة هنا هو أيون الأكثر وفرة الناتجة عن التأين electrospray من الحل. Undercoordinated رو (bpy) 2 2 + أيونيتم عن طريق تفتيت واحدة يجند bipyridine أعد ق من كل ligated بالكامل رو (bpy) 3 2 + أيون. هو فعل ذلك عن طريق التخلص الغاز الاصطدام الناجم عن تفكك في أول منطقة رباعي صك هبوط ناعم أظهرت تخطيطي في الشكل 1. تيار أيون حوالي 100 السلطة الفلسطينية والسلطة الفلسطينية ويوجه 60 في COOH-SAM السطوح لمدة 30 و 45 دقيقة لرو (bpy) 3 2 + ورو (bpy) 2 2 +، على التوالي، المقابلة لتسليم ما مجموعه 5 × 10 11 أيونات مختارة الشامل إلى بقعة دائرية حوالي 3 ملم في القطر. يتم تحديد الطاقة الحركية للأيونات تقترب من السطح عن طريق ضبط إمكانات تطبيقها على رباعي الاصطدام الثاني (انظر الشكل 1) والسطح. تم تعيين الطاقة الحركية في حوالي 10 فولت لكل تهمة لجميع التجارب التي أجريت الهبوط بسلام باستخدام جهاز في الموقع TOF-SIMS.

بعد هبوط ناعم من 5 ×10 11 سليمة رو (bpy) 3 2 + الأيونات على سطح COOH-SAM، عددا من القمم الجديدة التي لم يتم تقديم قبل ترسب أصبحت تحتل مكانا بارزا في أطياف TOF-SIMS. المغلفات النظائر الموافق سليمة اتهم مضاعف رو (bpy) 3 2 + م / ض = 285 ومنفردة اتهم رو (bpy) لوحظ 3 + م / ض = 570 التالية هبوط ناعم رو (bpy) 3 2 + على COOH- SAM السطح. الوفرة النسبية لهذه الأنواع تشير إلى أن الحد من تهمة الأيونية رو (bpy) 3 2 + لرو (bpy) 3 + تجري بسرعة على سطح COOH-SAM. المغلف النظائر آخر موجود في م / ض = 414 والتي تتطابق مع جزء رو (bpy) 2 +. هذه الأيونات المشحونة منفردة، والذي ينتج من فقدان واحدة من يجند bipyridine اتهم منفردة رو (bpy) 3 +، من المرجح ان تتشكل من خلال تفكك رو (bpy) 3+ خلال تحليل TOF-SIMS. في المقابل، فإن الطيف TOF-SIMS تم الحصول عليها بعد هبوط ناعم للجزء رو (bpy) 2 2 + يفتقر إلى أي من القمم مميزة تتعلق معقدة سليمة (أي رو (bpy) 3 2 + أو رو (bpy) 3 +) . لوحظ الأهم من ذلك، ذروة المقابلة لرو (bpy) 2-ثيول + معقد إضافي في م / ض = 700 مما يدل ملزمة قوية جدا بين أيون undercoordinated وسطح أحادي الطبقة. هي واردة قمم المقابلة لهذا النوع بشكل واضح في الشكل 2A.

بعد الهبوط لينة، ويتعرض السطوح COOH-SAM للضغوط التي تسيطر عليها إما من O 2 أو C 2 H 4 في المنطقة إيداع صك لدراسة التفاعلات الكيميائية من المجمعات العضويه يجمد. بعد التعرض للغاز، ويتم تحليل السطوح مرة أخرى من قبل في الموقع TOF-SIMS.قدمت في أرقام 2B و 2C هي في الموقع TOF-SIMS الأطياف التي تم الحصول عليها بعد التعرض مباشرة للCOOH-SAM السطوح التي تحتوي على لينة هبطت رو (bpy) 3 2 + ورو (bpy) 2 2 + الأيونات إلى O 2 و C 2 H 4. كما نوقش في الفقرة السابقة، في أعقاب هبوط ناعم رو (bpy) 2/3 + 2 على COOH-SAM السطوح لوحظ توزيع النظائر وهو ما يمثل معقد إضافي كهرباء شكلت بين الأيونات وجزيئات السطح. بعد تعرض السطح إلى 10 -4 عربة من O 2 لمدة 30 دقيقة تشير إلى أطياف TOF-SIMS أن هناك خفض واضح في وفرة من ذروة معقد إضافي في م / ض = 700 يرافقه زيادة مصاحبة في وفرة مظروفين النظائر الجديدة تركزت في م / ض = 716.2 732.2 و. هذه القمم تتسق مع إضافة الذري (O) والجزيئية (O 2) الأكسجينإلى سطح معقد إضافي الفلزية العضوية، على التوالي. وعلاوة على ذلك، يبدو أن هذا ناتج إضافة إلى أن تتأكسد مع ما يقرب من 50٪ كفاءة التحويل. بعد التعرض لO 2 والتحليل من قبل في الموقع يتم وضع TOF-SIMS السطوح مرة أخرى إلى منطقة الهبوط لينة من الصك وتتعرض ل10 -4 عربة من C 2 H 4 لمدة 30 دقيقة. بعد التعرض للغاز الثانية يتم نقل سطح مرة أخرى إلى المنطقة SIMS الصك لجولة أخرى من التحليل. التفتيش من الطيف TOF-SIMS بعد التعرض لC 2 H 4 يشير إلى وجود انخفاض في الوفرة النسبية للناتج إضافة الفلزية العضوية تتأكسد منفردة في م / ض = 716. هذه الملاحظة بما يتفق مع نزع الأكسجين من مجمع العضويه يجمد عند التعرض لC 2 H 4. هذا هو الافتراض أن يؤدي إلى تشكيل الهيدروكربونية المؤكسد (C 2 H 4 O)، والتي يتم تحريرها إلى مرحلة الغاز. وبالتالي، عبتيOUGH مزيج من الهبوط بسلام من كتلة أيونات والتحليل الذي اختاره في الموقع TOF-SIMS فمن الممكن لعزل انتقائي المركبات الفلزية العضوية على الأسطح ودراسة تفاعل تجاه الجزيئات الغازية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن الاطلاع على سلوك الأيونات undercoordinated التي لا يمكن الوصول إليها في الحل. مخطط واصفا ما يتحقق لهذا النظام التمثيلي من خلال الجمع بين أيون هبوط ناعم والتحليل من قبل يرد TOF-SIMS في الموقع في الشكل 3.

2. دراسة الاحتفاظ صولة رو (bpy) 3 2 + على COOH-صواريخ سام في الموقع عن طريق FT-ICR-SIMS

ويجري لينة الهبوط من أيونات مختارة الشامل أيضا استخدام أداة الثانية التي تمكن من تحليل للأسطح من قبل في الموقع FT-ICR-SIMS. هذا النهج التكميلية، والتي تمكن من تحليل SIMS الأسطح أثناء وبعد هبوط ناعم من أيونات كل من هو قادر على تقديم الإضافيةآيت في حركية الحد من تهمة وتحييد فضلا عن الامتزاز من الأيونات تترسب على الأسطح 115. بل هو أسلوب قوية بشكل خاص بسبب الوفرة النسبية لمختلف الدول تهمة الأيونية على السطح يمكن رصد مدى فترات لعدة ساعات. نتائج ممثلة لرو (bpy) يتم عرض 3 + 2 هبطت لينة على سطح COOH-SAM في الشكل 4. خلال ينة الهبوط مشحونة على نحو مضاعف رو (bpy) 3 2 + أيون المعروضات زيادة خطية في وفرة على سطح COOH-SAM . وفرة قياس تصل كحد أقصى في نهاية الهبوط لينة وتبعتها هضبة ممتدة على سطح COOH-SAM. هذا يدل على أن سطح COOH-SAM غير فعالة بشكل خاص في الحفاظ على الدولة تهمة الأيونية من أيونات سليمة التالية هبوط ناعم. واتهم منفردة رو (bpy) + 3 أيونات يسلك أيضا زيادة خطية في وفرة فيما يتعلق الوقت أثناء الهبوط لينة . في نهاية الهبوط لينة، ومع ذلك، يقلل من أيونات مشحونة منفردة في وفرة. وفرة من الأيونات المشحونة جزء منفردة الناجمة عن فقدان احد يجند bipyridine من رو (bpy) 3 + تشكيل رو (bpy) 2 + ويظهر أيضا في الشكل 4. يعرض هذا أيون زيادة خطية في وفرة أثناء الهبوط لينة تليها انخفاض في وفرة على COOH-SAM بعد انتهاء الترسيب. لأن الطاقة ملزمة من الأيونات إلى زيادة السطح مع الدولة تهمة، فمن المعقول أن نفترض أن الأيونات المشحونة منفردة الخضوع الامتزاز أكثر سطحية من سطح بالمقارنة مع أيونات مشحونة على نحو مضاعف، وهو ما يتسق مع فقدان أسرع من الأيونات المشحونة منفردة لوحظ في هذه الدراسة. هبوط ناعم مقرونا في الموقع FT-ICR-SIMS هو، بالتالي، وهي تقنية قوية لعمليات مثل الحد من تهمة، والامتزاز تحييد الأيونات تترسب على الأسطح التحقيق.

ove_title "> 3. جس الميزات الهيكلية رو (bpy) 3 2 + على COOH-صواريخ سام توظيف في الموقع IRRAS

الصك الثالث يستخدم لوصف أيونات لينة هبطت قادرة على الحصول على أطياف الذبذبات من رو (bpy) 3 2 + الأيونات على COOH-صواريخ سام، بالإضافة إلى الكشف عن التغيرات على سطح تعديل كيميائيا بسبب تفاعلات أيون أرض. هذا الصك هو قوية بشكل خاص لأنه يقيس التغيرات في ملامح الذبذبات من السطح أثناء وبعد الهبوط بسلام على حد سواء. وبالتالي، وثروة من المعلومات الهيكلية المتعلقة أيونات هبطت لينة ويمكن الحصول عليها باستخدام هذه الأداة، شريطة أن مستويات أحادي الطبقة الفرعية من الأيونات تترسب وأن الانتقال هبطت حظات ثنائي القطب من لينة يتم محاذاة الأيونات بصورة إيجابية وتمتلك كثافة كافية للتفاعل مع الاستقطاب الأشعة تحت الحمراء الفوتونات الحادث على السطح.

طيف الأشعة تحت الحمراء التي تم الحصول عليها بعد اندي الناعمةنانوغرام من 5 × 10 12 رو (bpy) يتم تقديم 3 2 + الأيونات على سطح COOH-SAM في الشكل 5. ونلاحظ أن لطيف الأشعة تحت الحمراء للالعارية COOH-SAM كانت تستخدم كقاعدة خلفية الطيف، لاحظ الميزات التالية ايون ترسب تنبع فقط من وسائط الذبذبات من الأيونات لينة هبطت. وأشار تسعة ميزات الذبذبات مع النجمة في الطيف تحت الحمراء التواقيع الطيفية فريدة من نوعها وذلك اعتبارا من رو (bpy) 3 2 +. هذه الميزات هي الأشعة تحت الحمراء في اتفاق جيد مع القيم المعينة مسبقا لهذا أيون العضويه 122123. من ترددات الذبذبات لاحظ، وتمتد CC (1،606؛ 1،570؛ 1،042 سم -1) وCCH الانحناء (1،466؛ 1،450؛ 1،420؛ 1،257؛ 1،186 سم -1) العصابات وكذلك التوقيع الأشعة تحت الحمراء من امتداد CN في 1،549 سم -1 يتم تعيين عن ميزات فريدة من التركيب الجزيئي للرو (bpy) 3 2 +. عند إجراء أيونتجارب الهبوط لينة، فمن المستحسن أن تميز السطح باستخدام تقنيات التحليل الطيفي من أجل تأكيد هوية الأنواع أودعت واكتساب نظرة ثاقبة تغييرات محتملة في هيكل التي قد تنجم عن التفاعلات الأيوني السطح. تحقيقا لهذه الغاية، وفي الموقع IRRAS صك هبوط ناعم يبرهن على أن تكون موردا قيما يساهم في المعلومات أوسع تجمع نحو نظام الفائدة باستخدام TOF وFT-ICR-SIMS.

الشكل 1
الشكل 1 الشكل التخطيطي للصك ترسب ايون جانب إلى TOF-SIMS: الأول، أيون المنطقة قمع (7 × 10 عربة -1). الثاني، تصادم المنطقة رباعي (1 × 10 عربة -1). ثالثا، اختيار الشامل والتركيز المنطقة (2 × 10 -4 عربة). رابعا، إعادة ترسبجيون (1 × 10 -6 عربة). (1) الشعرية ساخنة، (2) كهروديناميكي أيون قمع، (3) الحد تصرف الأول، (4) أولا رباعي الاصطدام، (5) الحد تصرف الثاني، (6) حل رباعي، (7) 2 العدسات التركيز، (8) الثاني رباعي الاصطدام، (9) الحد تصرف الثالثة، عدسة (10) Einzel، (11) رباعية الأقطاب بندر، (12) اثنين من العدسات Einzel، (13) منصة الهدف، (14) سطح جبل، (15) مترجمين المغناطيسي. تم تعديل هذا الرقم من [الكيمياء التحليلية 2010، 82 (13)، 5718-5727]. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .

الرقم 2
الشكل 2. أطياف TOF-SIMS (م / ض 690-740). حصل على) بعد ماسترسب مختارة ق رو (bpy) 2 2 + (أسود) ورو (bpy) 3 2 + (الحمراء) على سطح COOH-SAM، ب) بعد التعرض لO 2 و ج) بعد التعرض لC 2 H 4. تم تعديل هذا الرقم من [كيمياء-A المجلة الأوروبية 2010، 16 (48)، 14433-14438]. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .

الرقم 3
الرقم 3. تمثيل تخطيطي لتجميد رو (bpy) 2 2 + على COOH-SAM السطوح من خلال المرحلة الغاز يجند تجريد والهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل. تم تعديل هذا الرقم من [كيمياء-A اوروباEAN جورنال 2010، 16 (48)، 14433-14438]. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .

الرقم 4
الشكل 4. SIMS FT-ICR المؤامرات الحركية. حصل لرو (bpy) 3 2 + (م / ض = 285، المربعات السوداء)، رو (bpy) 3 + (م / ض = 570، مثلثات زرقاء) ورو (bpy ) 2 + (م / ض = 414، النقط الحمراء) بعد هبوط ناعم رو (bpy) 3 2 + على سطح COOH-SAM. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .

الرقم 5 الرقم 5. IRRAS طيف ~ 5 × 10 12 رو (bpy) 3 2 + الأيونات هبطت لينة على سطح COOH-SAM. الميزات الرئيسية الذبذبات المخصصة للرو (bpy) 3 2 + يتم الرمز بعلامة النجمة. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ويجري الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل عموما توظيف فريدة الأجهزة مبنية خصيصا موجود في العديد من المختبرات في جميع أنحاء العالم والتي تكون مجهزة خصيصا لهذه التجارب. ويجري باستمرار إجراء تعديلات لهذه الصكوك لتسهيل تأين مجموعة أوسع من المركبات، لتحقيق أكبر التيارات أيون والأوقات ترسب أقصر، لمعدد الهبوط لينة وبالتالي تحقيق ترسب في وقت واحد من العديد من الأنواع في مواقع مختلفة على السطح، و تسمح اختيار أكثر دقة من الأيونات من قبل كل من نسبة الكتلة إلى تهمة وحركة الايونات قبل الترسيب. بطريقة مماثلة، ويجري في هذه المباراة إلى جانب المتغيرة باستمرار تقنيات توصيف لينة مع أيون الأجهزة الهبوط لتمكين تحليل الوضع الطبيعي من المواد المودعة في. على الرغم من هذه الاختلافات بين الصكوك الفردية، واحدة من المشاكل الأكثر شيوعا التي واجهتها في التجارب هبوط ناعم هو عدم القدرة علىتوجيه شعاع قوية ومستقرة بما فيه الكفاية من أيونات مختارة الشامل من المنطقة مصدر الصك إلى السطح. قد ينتج هذا من ضعف الكفاءة التأين في المصدر، تعديل الفولتية بشكل غير صحيح أن توجيه الأيونات من خلال الصك، والاتصال الكهربائية الفقراء بين السطح والكهربية المستخدمة لقياس تيار أيونات هبطت الناعمة. في مثل هذه الحالات مزعجة، قد يتم توجيه شعاع ايون من خلال صك يدويا من خلال تعظيم الأول الحالي أيون قياس في مرحلة مبكرة من الصك ومن ثم تحسين منهجية قياس الحالي على كل البصرية اللاحقة على طول مسار الشعاع المجموع. المشاكل الشائعة التي واجهتها خلال تحليل الوضع الطبيعي للمواد الناعمة هبطت في ما يلي إشارات خلفية كبيرة من جزيئات الملوثات مثل الهيدروكربونات العارض. لهذا السبب فمن الأهمية بمكان أن يتم إعداد الأسطح بعناية وبتكاثر قبل كل تجربة الهبوط لينة.

هكذاقدم الهبوط من أيونات مختارة الشامل يمكن أن تستخدم لإعداد الأسطح للغاية محددة جيدا لتحليلها لاحقا من قبل في الموقع SIMS وIRRAS الطيفي وكذلك مجموعة كاملة من السابقين المجهري الطيفي الموقع وتقنيات إضافية 6. اختيار الشامل يوفر دقة السيطرة على التركيب الجزيئي والأيونية ولاية تهمة من مواد لينة سقطت. علاوة على ذلك، لم يسبق لها مثيل نظافة السطح يمكن الحصول عليها مع أيون هبوط ناعم لإزالة الملوثات الشائعة مثل جزيئات محايدة، counterions والمذيبات التي تكون موجودة في محلول من شعاع أيون قبل ترسب بحيث يتم تسليم سوى أيونات مختارة الشامل إلى الركيزة تحت ظروف الفراغ العقيمة. تغطية الأيونات على السطح يمكن التحكم بعناية من خلال رصد تيار أيونات هبطت لينة ومتفاوتة طول ترسب فقا لذلك. الطاقة الحركية للأيونات وربما يتم تخفيض الشروط لتحقيق هبوط ناعم أو زيادة لتعزيز التفاعلإيف الهبوط من خلال تشكيل الرابطة التساهمية 14 أو "تعلق" من الأيونات إلى السطح 22.

في الموقع TOF-SIMS، مقارنة مع تقنية FT-ICR-SIMS أخرى، يتميز عموما حساسية أكبر، مجموعة ديناميكية أكبر، وتجزئة أقل من الأيونات الثانوية باءت بالفشل، وردود الفعل أقل من المواد باءت بالفشل في عمود الأيونات الثانوية. النطاق الديناميكي أكبر وحساسية أعلى من TOF-SIMS تمكين الكشف عن الأنواع المنخفضة فرة تنتجها أيون الهبوط بسلام على السطوح. استخدام في الموقع TOF-SIMS فمن الممكن لتحديد adducts التي تتشكل بين هبطت الأيونات والجزيئات الفردية لينة على أسطح أحادي الطبقة. بالإضافة إلى ذلك، في الموقع TOF-SIMS يوضح أن الأيونات undercoordinated بواسطة مرحلة الغاز الاصطدام الناجم عن تفكك أعد قد يكون أكثر نشاطا نحو تجميد السطح من الأيونات ligated بالكامل. تجدر الإشارة إلى أن هذه الأيونات المعدنية undercoordinated لا وجود لها في المرحلة حل ه، وبالتالي، تمثل الأنواع رواية إعدادها باستخدام قدرات الأجهزة هبوط ناعم وتحديدها باستخدام TOF-SIMS. آخر قدرة قوية للفي الموقع TOF-SIMS الصك هو القدرة على فضح السطوح لضغوط رقابة من الغازات التفاعلية وبعد تحليل أي تغييرات في تكوين السطح من دون كسر فراغ.

في الموقع FT-ICR-SIMS، في حين عموما أقل حساسية وعرضة للعائدات أعلى إلى حد ما من الأيونات شظية ومنتجات الغاز مرحلة ردود الفعل أيون جزيء من TOF-SIMS، ويوفر القدرة الإضافية لتكون قادرة على مراقبة تكوين السطح سواء أثناء وبعد هبوط ناعم على مدى عدة ساعات. هذه المعلومات أمر حاسم لفهم العمليات مثل الحد من تهمة والامتزاز من الأيونات من السطح. على سبيل المثال، تم استخدام هذه الأداة من قبل لمراقبة الأكسدة أخذ مكان الكيمياء بين اثنين من أيونات مختلفةهبطت الناعمة على نفس صواريخ سام 80. بالإضافة إلى ذلك، تم أيضا دراسة تخفيض رسوم والامتزاز حركية ضرب الأيونات البروتونية الببتيد باستخدام هذه الأداة، وطبق البيانات لإنتاج نموذج الحركية التي تصف تطور الأنواع اتهم مختلفة على أسطح صواريخ سام على مر الزمن.

توظيف في IRRAS الموقع، معلومات عن الهيكلية أيونات سقطت على الأسطح الناعمة ويمكن الحصول على التحقق من أن أيونات الاحتفاظ سلامتها أثناء عملية الترسيب. ويتحقق هذا من خلال مقارنة أطياف الأشعة تحت الحمراء قياس الأيونات على السطوح مع الأطياف السابقة التي حصل عليها التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء في مرحلة الطور الغازي والحل وكذلك الأشعة تحت الحمراء الأطياف المحسوبة باستخدام النمذجة النظرية. من خلال مقارنة هذه المعلومات الهيكلية المعروفة مع ميزات الذبذبات تقاس من العينات المودعة، ويمكن تحديد التغييرات في هياكل المرحلة الغاز. بالإضافة إلى ذلك، نظرة ثاقبة التفاعلات الأيوني السطح قد تكونcertained من المراقبة من الميزات الذبذبات التي تزيد في كثافة أثناء هبوط ناعم. هذه الملاحظة بما يتفق مع تشكيل روابط جديدة على السطح. في سياق مماثل، وميزات الذبذبات التي تقلل أثناء عملية الهبوط الناعم قد يكون مؤشرا على تفاعلات كسر السندات.

إعداد رقابة من الأغشية الرقيقة عالية النقاء على الأسطح هو ضروري لمجموعة متنوعة من التطبيقات في مجال العلم والتصنيع الدقيق 124 مواد. حاليا، وسيلة شعبية لإعداد الأفلام العضوية رقيقة واجهات العضوية غير العضوية المختلطة هي ترسب طبقة الجزيئية (MLD) الذي يعتمد على التفاعلات البينية محدودة ذاتيا التي تحدث بين الجزيئات والسطوح 125126. MLD يتيح قدرا كبيرا من السيطرة على عملية ترسب، وبالتالي تنتج عموما الأفلام عالية الجودة على الأسطح من أساليب حل المرحلة 127. ومع ذلك، على الرغم من COMME على نطاق واسعاستخدام و rcial من MLD، ويعرف هذا الأسلوب يعاني من العديد من القيود الرئيسية التي تم استعراضها في منشور صدر مؤخرا 128. الأهم من ذلك، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن MLD يعتمد على ترسب جزيئات محايدة من مرحلة الغاز الذي يقتصر على الكواشف مستقرة حراريا التي لها ضغط بخار يكفي لانتاج معدلات ترسب كفاءة دون التسبب في تدهور الحرارية للمجمع. قيود أخرى من MLD ينبع من حقيقة أن تفاعل الجزيئات مع الدعم الصلبة وربما يتم تخفيض كبير في غياب المذيب. هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على السطوح يتغلب على هذه القيود الرئيسية من MLD. أولا، لطيف التأين توظيف electrospray قد تنتج الأيونات من جزيئات كبيرة عطوب حراريا التي لديها تقلبات منخفضة جدا دون التسبب تجزئة أو تدهور. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام مصادر أيون غير الحرارية لتوليد مجموعة من مجموعات متجانسة والنانوية أو غير المتجانسة التي ليست عرضة للمحطات الطل التطاير. علاوة على ذلك، يمكن تسريع الأيونات قبل ترسب إلى الطاقة الحركية اللازمة للتغلب على أي عقبات المحتملة المرتبطة ردود الفعل بينية.

هي مناسبة الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل بشكل خاص إلى تجميد رقابة من الجزيئات المعقدة، والتكتلات، والجسيمات النانوية على ركائز. ومع ذلك، وإعداد نطاق تجاري للمواد مع هذه التقنية محدودة يرجع ذلك إلى حقيقة أن التيارات أيون النموذجية التي تم الحصول عليها مع ESI عدة أوامر من حجم أقل من تلك المستخدمة حاليا في الأساليب الدقيقة وnanofabrication القائمة. والتطوير المستمر لمصادر انتقال عالية مشرق ESI 129-131، والطاقة العالية ونسبة الرسوب سريع نابض مصادر الليزر 25132 ومصادر مستمرة على أساس العاصمة والمغناطيسية RF الاخرق 43،65،133-135 هو شرط أساسي حاسم لنقل الهبوط لينة من أداة قوية في مجال العلوم الأساسية لنهج عمليلالتصنيع الدقيق. في المستقبل، سوف يجمع بين هبوط ناعم مع حركة الايونات الفصل 113 تسهيل مراقبة دقيقة من كل من الابتدائي والثانوي بنية الأيونات المعقدة، وهو أمر مهم سواء بالنسبة للتطبيقات العملية وكذلك للتحقيق في تأثير الأسطح المختلفة على هيكل الثانوي الأيونات يجمد. وعلاوة على ذلك، سيتم استخدام قدرات فريدة من نوعها لينة الأجهزة الهبوط لمعالجة الجزيئات في طور الغاز، إما من خلال تجزئة الاصطدامية أو ردود فعل أيون جزيء، لتوليد الأنواع الرواية التي لا يمكن الحصول عليها من خلال التوليف في الحل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

وقد تم تمويل هذا البحث من قبل مكتب علوم الطاقة الأساسية، شعبة العلوم الكيميائية، علوم الأرض والعلوم البيولوجية من وزارة الطاقة الأمريكية (DOE). يقر GEJ بدعم من زمالة لينوس بولينغ وبرنامج مختبر البحوث الموجهة والتنمية في المختبر الوطني شمال غرب المحيط الهادئ (PNNL). تم تنفيذ هذا العمل باستخدام EMSL، منشأة المستخدم العلمية الوطنية برعاية وزارة الطاقة ومكتب للبحوث البيولوجية والبيئية وتقع في PNNL. ويتم تشغيل PNNL بواسطة باتيل عن وزارة الطاقة في الولايات المتحدة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Gold on Silicon Substrates 1 cm2 Platypus Technologies Au.1000.SL1custom  
Gold on Silicon Substrates 4.8 mm diameter circular SPI Supplies 4176GSW-AB  
Glass Scintillation Vials Fisher Scientific 03-337-14  
Non-denatured Ethanol Sigma-Aldrich 459836-1L  
Ultraviolet Cleaner Boekel Scientific  
16-Mercaptohexadecanoic Acid Sigma-Aldrich 448303-5G  
Hydrochloric Acid Sigma-Aldrich 320331-500ML  
Aluminum Foil Sigma-Aldrich Z185140-1EA  
Metal Forceps/Tweezers Wiha 49185  
Nitrile Gloves Fisher Scientific S66383  
Tris(2,2′-bipyridine)dichlororuthenium(II) hexahydrate Sigma-Aldrich 224758-1G  
Methanol Sigma-Aldrich 322415-1L  
1 ml Gas Tight Glass Syringe Hamilton  
Syringe Pump KD Scientific 100  
360 μm ID Fused Silica Capillary Polymicro Technologies TSP075375  
High Resistance Electrometer Keithley 6517A  
Commercial TOF-SIMS Instrument Physical Electronics TRIFT  
Ultra High Purity Oxygen Matheson G1979175  
Research Purity Ethylene Matheson G2250178  
Cesium Ion Source Heat Wave Labs 101502  
Commercial FTIR Spectrometer Bruker Vertex 70  

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gologan, B., Green, J. R., Alvarez, J., Laskin, J., Cooks, R. G. Ion/surface reactions and ion soft-landing. Physical Chemistry Chemical Physics. 7, 1490-1500 (2005).
  2. Perez, A., et al. Functional nanostructures from clusters. Int J Nanotechnol. 7, 523-574 (2010).
  3. Laskin, J., Wang, P., Hadjar, O. Soft-landing of peptide ions onto self-assembled monolayer surfaces: an overview. Physical Chemistry Chemical Physics. 10, 1079-1090 (2008).
  4. Cyriac, J., Pradeep, T., Kang, H., Souda, R., Cooks, R. G. Low-Energy Ionic Collisions at Molecular Solids. Chem Rev. 112, 5356-5411 (2012).
  5. Verbeck, G., Hoffmann, W., Walton, B. Soft-landing preparative mass spectrometry. Analyst. 137, 4393-4407 (2012).
  6. Johnson, G. E., Hu, Q. C., Laskin, J. Soft Landing of Complex Molecules on Surfaces. Annu Rev Anal Chem. 4, 83-104 (2011).
  7. Ouyang, Z., et al. Preparing protein microarrays by soft-landing of mass-selected ions. Science. 301, 1351-1354 (2003).
  8. Blake, T. A., et al. Preparative linear ion trap mass spectrometer for separation and collection of purified proteins and peptides in arrays using ion soft landing. Anal Chem. 76, 6293-6305 (2004).
  9. Blacken, G. R., Volny, M., Vaisar, T., Sadilek, M., Turecek, F. In situ enrichment of phosphopeptides on MALDI plates functionalized by reactive landing of zirconium(IV)-n-propoxide ions. Anal Chem. 79, 5449-5456 (2007).
  10. Blacken, G. R., et al. Reactive Landing of Gas-Phase Ions as a Tool for the Fabrication of Metal Oxide Surfaces for In Situ Phosphopeptide Enrichment. J Am Soc Mass Spectr. 20, 915-926 (2009).
  11. Wang, P., Laskin, J. Helical peptide arrays on self-assembled monolayer surfaces through soft and reactive landing of mass-selected ions. Angew Chem Int Edit. 47, 6678-6680 (2008).
  12. Hu, Q. C., Wang, P., Laskin, J. Effect of the surface on the secondary structure of soft landed peptide ions. Phys Chem Chem Phys. 12, 12802-12810 (2010).
  13. Wang, P., Hadjar, O., Laskin, J. Covalent immobilization of peptides on self-assembled monolayer surfaces using soft-landing of mass-selected ions. J Am Chem Soc. 129, 8682-8683 (2007).
  14. Wang, P., Hadjar, O., Gassman, P. L., Laskin, J. Reactive landing of peptide ions on self-assembled monolayer surfaces: an alternative approach for covalent immobilization of peptides on surfaces. Physical Chemistry Chemical Physics. 10, 1512-1522 (2008).
  15. Nanita, S. C., Takats, Z., Cooks, R. G., Myung, S., Clemmer, D. E. Chiral enrichment of serine via formation, dissociation, and soft-landing of octameric cluster ions. J Am Soc Mass Spectr. 15, 1360-1365 (2004).
  16. Pepi, F., et al. Soft landed protein voltammetry. (33), 3494-3496 (2007).
  17. Mazzei, F., et al. Soft-landed protein voltammetry: A tool for redox protein characterization. Anal Chem. 80, 5937-5944 (2008).
  18. Mazzei, F., Favero, G., Frasconi, M., Tata, A., Pepi, F. Electron-Transfer Kinetics of Microperoxidase-11 Covalently Immobilised onto the Surface of Multi-Walled Carbon Nanotubes by Reactive Landing of Mass-Selected Ions. Chemistry-a European Journal. 15, 7359-7367 (2009).
  19. Rauschenbach, S., et al. Electrospray Ion Beam Deposition: Soft-Landing and Fragmentation of Functional Molecules at Solid Surfaces. Acs Nano. 3, 2901-2910 (2009).
  20. Saf, R., et al. Thin organic films by atmospheric-pressure ion deposition. Nat Mater. 3, 323-329 (2004).
  21. Rader, H. J., et al. Processing of giant graphene molecules by soft-landing mass spectrometry. Nature Materials. 5, 276-280 (2006).
  22. Xirouchaki, C., Palmer, R. E. Pinning and implantation of size-selected metal clusters: a topical review. Vacuum. 66, 167-173 (2002).
  23. Xirouchaki, C., Palmer, R. E. Deposition of size-selected metal clusters generated by magnetron sputtering and gas condensation: a progress review. Philos T Roy Soc A. 362, 117-124 (2004).
  24. Li, Z. Y., et al. Three-dimensional atomic-scale structure of size-selected gold nanoclusters. Nature. 451, (2008).
  25. Heiz, U., Vanolli, F., Trento, L., Schneider, W. D. Chemical reactivity of size-selected supported clusters: An experimental setup. Rev Sci Instrum. 68, 1986-1994 (1997).
  26. Heiz, U., et al. Chemical reactions on size-selected clusters on surfaces. Nobel Symp. 117, 87-98 (2001).
  27. Kunz, S., et al. Size-selected clusters as heterogeneous model catalysts under applied reaction conditions. Phys Chem Chem Phys. 12, 10288-10291 (2010).
  28. Wepasnick, K. A., et al. Surface Morphologies of Size-Selected Mo-100 +/- 2.5 and (MoO3)(67+/-1.5) Clusters Soft-Landed onto HOPG. J Phys Chem C. 115, 12299-12307 (2011).
  29. Lim, D. C., Dietsche, R., Gantefor, G., Kim, Y. D. Size-selected Au clusters deposited on SiO2/Si: Stability of clusters under ambient pressure and elevated temperatures. Appl Surf Sci. 256, 1148-1151 (2009).
  30. Woodward, W. H., Blake, M. M., Luo, Z. X., Weiss, P. S., Castleman, A. W. Soft-Landing Deposition of Al-17(-) on a Hydroxyl-Terminated Self-Assembled Monolayer. J Phys Chem C. 115, 5373-5377 (2011).
  31. Benz, L., et al. Landing of size-selected Ag-n(+) clusters on single crystal TiO2 (110)-(1x1) surfaces at room temperature. J Chem Phys. 122, (2005).
  32. Tong, X., et al. Intact size-selected Au-n clusters on a TiO2(110)-(1 x 1) surface at room temperature. J Am Chem Soc. 127, 13516-13518 (2005).
  33. Kahle, S., et al. The Quantum Magnetism of Individual Manganese-12-Acetate Molecular Magnets Anchored at Surfaces. Nano Lett. 12, 518-521 (2012).
  34. Proch, S., Wirth, M., White, H. S., Anderson, S. L. Strong Effects of Cluster Size and Air Exposure on Oxygen Reduction and Carbon Oxidation Electrocatalysis by Size-Selected Pt-n (n <= 11) on Glassy Carbon Electrodes. J Am Chem Soc. 135, 3073-3086 (2013).
  35. Kaden, W. E., Wu, T. P., Kunkel, W. A., Anderson, S. L. Electronic Structure Controls Reactivity of Size-Selected Pd Clusters Adsorbed on TiO2 Surfaces. Science. 326, 826-829 (2009).
  36. Binns, C. Nanoclusters deposited on surfaces. Surf Sci Rep. 44, 1-49 (2001).
  37. Johnson, G. E., Priest, T., Laskin, J. Coverage-Dependent Charge Reduction of Cationic Gold Clusters on Surfaces Prepared Using Soft Landing of Mass-Selected Ions. J Phys Chem C. 116, 24977-24986 (2012).
  38. Johnson, G. E., Priest, T., Laskin, J. Charge Retention by Gold Clusters on Surfaces Prepared Using Soft Landing of Mass Selected Ions. Acs Nano. 6, 573-582 (2012).
  39. Johnson, G. E., Wang, C., Priest, T., Laskin, J. Monodisperse Au-11 Clusters Prepared by Soft Landing of Mass Selected Ions. Anal Chem. 83, 8069-8072 (2011).
  40. Zachary, A. M., Bolotin, I. L., Asunskis, D. J., Wroble, A. T., Hanley, L. Cluster Beam Deposition of Lead Sulfide Nanocrystals into Organic Matrices. Acs Appl Mater Inter. 1, 1770-1777 (2009).
  41. Ayesh, A. I., Qamhieh, N., Ghamlouche, H., Thaker, S., El-Shaer, M. Fabrication of size-selected Pd nanoclusters using a magnetron plasma sputtering source. J Appl Phys. 107, (2010).
  42. Ayesh, A. I., Thaker, S., Qamhieh, N., Ghamlouche, H. Size-controlled Pd nanocluster grown by plasma gas-condensation method. J Nanopart Res. 13, 1125-1131 (2011).
  43. Ayesh, A. I., Qamhieh, N., Mahmoud, S. T., Alawadhi, H. Fabrication of size-selected bimetallic nanoclusters using magnetron sputtering. J Mater Res. 27, 2441-2446 (2012).
  44. Datta, D., Bhattacharyya, S. R., Shyjumon, I., Ghose, D., Hippler, R. Production and deposition of energetic metal nanocluster ions of silver on Si substrates. Surf Coat Tech. 203, 2452-2457 (2009).
  45. Majumdar, A., et al. Surface morphology and composition of films grown by size-selected Cu nanoclusters. Vacuum. 83, 719-723 (2008).
  46. Tang, J., Verrelli, E., Tsoukalas, D. Assembly of charged nanoparticles using self-electrodynamic focusing. Nanotechnology. 20, 10 (2009).
  47. Gracia-Pinilla, M. A., Martinez, E., Vidaurri, G. S., Perez-Tijerina, E. Deposition of Size-Selected Cu Nanoparticles by Inert Gas Condensation. Nanoscale Res Lett. 5, 180-188 (2010).
  48. Banerjee, A. N., Krishna, R., Das, B. Size controlled deposition of Cu and Si nano-clusters by an ultra-high vacuum sputtering gas aggregation technique. Appl Phys. 90, 299-303 (2008).
  49. Judai, K., et al. A soft-landing experiment on organometallic cluster ions: infrared spectroscopy of V(benzene)(2) in Ar matrix. Chemical Physics Letters. 334, 277-284 (2001).
  50. Mitsui, M., Nagaoka, S., Matsumoto, T., Nakajima, A. Soft-landing isolation of vanadium-benzene sandwich clusters on a room-temperature substrate using n-alkanethiolate self-assembled monolayer matrixes. J Phys Chem B. 110, 2968-2971 (2006).
  51. Nagaoka, S., Matsumoto, T., Okada, E., Mitsui, M., Nakajima, A. Room-temperature isolation of V(benzene)(2) sandwich clusters via soft-landing into n-alkanethiol self-assembled monolayers. J Phys Chem B. 110, 16008-16017 (2006).
  52. Nagaoka, S., Matsumoto, T., Ikemoto, K., Mitsui, M., Nakajima, A. Soft-landing isolation of multidecker V-2(benzene)(3) complexes in an organic monolayer matrix: An infrared spectroscopy and thermal desorption study. J Am Chem Soc. 129, 1528-1529 (2007).
  53. Nagaoka, S., Ikemoto, K., Matsumoto, T., Mitsui, M., Nakajima, A. Soft-landing isolation of gas-phase-synthesized transition metal-benzene complexes into a fluorinated self-assembled monolayer matrix. J Phys Chem C. 112, 15824-15831 (2008).
  54. Ikemoto, K., Nagaoka, S., Matsumoto, T., Mitsui, M., Nakajima, A. Soft-Landing Experiments of Cr(benzene)(2) Sandwich Complexes onto a Carboxyl-Terminated Self-Assembled Monolayer Matrix. J Phys Chem C. 113, 4476-4482 (2009).
  55. Nagaoka, S., Ikemoto, K., Horiuchi, K., Nakajima, A. Soft- and Reactive-Landing of Cr(aniline)(2) Sandwich Complexes onto Self-Assembled Monolayers: Separation between Functional and Binding Sites. J Am Chem Soc. 133, 18719-18727 (2011).
  56. Pepi, F., et al. Chemically Modified Multiwalled Carbon Nanotubes Electrodes with Ferrocene Derivatives through Reactive Landing. J Phys Chem C. 115, 4863-4871 (2011).
  57. Franchetti, V., Solka, B. H., Baitinger, W. E., Amy, J. W., Cooks, R. G. Soft Landing of Ions as a Means of Surface Modification. International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. 23, 29-35 (1977).
  58. Hadjar, O., et al. Design and performance of an instrument for soft landing of Biomolecular ions on surfaces. Anal Chem. 79, 6566-6574 (2007).
  59. Peng, W. P., et al. Ion soft landing using a rectilinear ion trap mass spectrometer. Anal Chem. 80, 6640-6649 (2008).
  60. Shen, J. W., et al. Soft landing of ions onto self-assembled hydrocarbon and fluorocarbon monolayer surfaces. Int J Mass Spectrom. 182, 423-435 (1999).
  61. Bottcher, A., Weis, P., Bihlmeier, A., Kappes, M. M. C-58 on HOPG: Soft-landing adsorption and thermal desorption. Physical Chemistry Chemical Physics. 6, 5213-5217 (2004).
  62. Klipp, B., et al. Deposition of mass-selected cluster ions using a pulsed arc cluster-ion source. Appl Phys a-Mater. 73, 547-554 (2001).
  63. Baker, S. H., et al. The construction of a gas aggregation source for the preparation of size-selected nanoscale transition metal clusters. Rev Sci Instrum. 71, 3178-3183 (2000).
  64. Haberland, H., Karrais, M., Mall, M., Thurner, Y. Thin-Films from Energetic Cluster Impact - a Feasibility Study. J Vac Sci Technol A. 10, 3266-3271 (1992).
  65. Pratontep, S., Carroll, S. J., Xirouchaki, C., Streun, M., Palmer, R. E. Size-selected cluster beam source based on radio frequency magnetron plasma sputtering and gas condensation. Rev Sci Instrum. 76, (2005).
  66. Duncan, M. A. Invited Review Article: Laser vaporization cluster sources. Rev Sci Instrum. 83, (2012).
  67. Wagner, R. L., Vann, W. D., Castleman, A. W. A technique for efficiently generating bimetallic clusters. Rev Sci Instrum. 68, 3010-3013 (1997).
  68. Harbich, W., et al. Deposition of Mass Selected Silver Clusters in Rare-Gas Matrices. J Chem Phys. 93, 8535-8543 (1990).
  69. Denault, J. W., Evans, C., Koch, K. J., Cooks, R. G. Surface modification using a commercial triple quadrupole mass spectrometer. Anal Chem. 72, 5798-5803 (2000).
  70. Mayer, P. S., et al. Preparative separation of mixtures by mass spectrometry. Anal Chem. 77, 4378-4384 (2005).
  71. Badu-Tawiah, A. K., Wu, C. P., Cooks, R. G. Ambient Ion Soft Landing. Anal Chem. 83, 2648-2654 (2011).
  72. Badu-Tawiah, A. K., Campbell, D. I., Cooks, R. G. Reactions of Microsolvated Organic Compounds at Ambient Surfaces: Droplet Velocity, Charge State, and Solvent Effects. J Am Soc Mass Spectr. 23, 1077-1084 (2012).
  73. Laskin, J., Futrell, J. H. Activation of large ions in FT-ICR mass spectrometry. Mass Spectrom Rev. 24, 135-167 (2005).
  74. Laskin, J., Futrell, J. H. Collisional activation of peptide ions in FT-ICR mass spectrometry. Mass Spectrom Rev. 22, 158-181 (2003).
  75. Wysocki, V. H., Joyce, K. E., Jones, C. M., Beardsley, R. L. Surface-induced dissociation of small molecules, peptides,and non-covalent protein complexes. J Am Soc Mass Spectr. 19, 190-208 (2008).
  76. Abbet, S., Judai, K., Klinger, L., Heiz, U. Synthesis of monodispersed model catalysts using softlanding cluster deposition. Pure Appl Chem. 74, 1527-1535 (2002).
  77. Molina, L. M., et al. Size-dependent selectivity and activity of silver nanoclusters in the partial oxidation of propylene to propylene oxide and acrolein: A joint experimental and theoretical study. Catal Today. 160, 116-130 (2011).
  78. Lei, Y., et al. Increased Silver Activity for Direct Propylene Epoxidation via Subnanometer Size Effects. Science. 328, 224-228 (2010).
  79. Lee, S., et al. Selective Propene Epoxidation on Immobilized Au6-10 Clusters: The Effect of Hydrogen and Water on Activity and Selectivity. Angew Chem Int Edit. 48, 1467-1471 (2009).
  80. Peng, W. P., et al. Redox chemistry in thin layers of organometallic complexes prepared using ion soft landing. Phys Chem Chem Phys. 13, 267-275 (2011).
  81. Johnson, G. E., Laskin, J. Preparation of Surface Organometallic Catalysts by Gas-Phase Ligand Stripping and Reactive Landing of Mass-Selected Ions. Chem-Eur J. 16, 14433-14438 (2010).
  82. Castleman, A. W., Jena, P. Clusters: A bridge between disciplines. P Natl Acad Sci USA. 103, 10552-10553 (2006).
  83. Jena, P., Castleman, A. W. Clusters: A bridge across the disciplines of physics and chemistry. P Natl Acad Sci USA. 103, 10560-10569 (2006).
  84. Castleman, A. W., Jena, P. Clusters: A bridge across the disciplines of environment, materials science, and biology. P Natl Acad Sci USA. 103, 10554-10559 (2006).
  85. Yoon, B., et al. Charging effects on bonding and catalyzed oxidation of CO on Au-8 clusters on MgO. Science. 307, 403-407 (2005).
  86. Landman, U., Yoon, B., Zhang, C., Heiz, U., Arenz, M. Factors in gold nanocatalysis: oxidation of CO in the non-scalable size regime. Top Catal. 44, 145-158 (2007).
  87. Habibpour, V., et al. Novel Powder-Supported Size-Selected Clusters for Heterogeneous Catalysis under Realistic Reaction Conditions. J Phys Chem C. 116, 26295-26299 (2012).
  88. Herzing, A. A., Kiely, C. J., Carley, A. F., Landon, P., Hutchings, G. J. Identification of active gold nanoclusters on iron oxide supports for CO oxidation. Science. 321, 1331-1335 (2008).
  89. Turner, M., et al. Selective oxidation with dioxygen by gold nanoparticle catalysts derived from 55-atom clusters. Nature. 454, (2008).
  90. Yin, F., Xirouchaki, C., Guo, Q. M., Palmer, R. E. High-temperature stability of size-selected gold nanoclusters pinned on graphite. Adv Mater. 17, 731-734 (2005).
  91. Palomba, S., Palmer, R. E. Patterned films of size-selected Au clusters on optical substrates. J Appl Phys. 101, (2007).
  92. Yin, F., Lee, S. S., Abdela, A., Vajda, S., Palmer, R. E. Communication: Suppression of sintering of size-selected Pd clusters under realistic reaction conditions for catalysis. J Chem Phys. 134, (2011).
  93. Zamboulis, A., Moitra, N., Moreau, J. J. E., Cattoen, X., Man, M. W. C. Hybrid materials: versatile matrices for supporting homogeneous catalysts. J Mater Chem. 20, 9322-9338 (2010).
  94. Notestein, J. M., Katz, A. Enhancing heterogeneous catalysis through cooperative hybrid organic-inorganic interfaces. Chem-Eur J. 12, 3954-3965 (2006).
  95. Love, J. C., Estroff, L. A., Kriebel, J. K., Nuzzo, R. G., Whitesides, G. M. Self-assembled monolayers of thiolates on metals as a form of nanotechnology. Chem Rev. 105, 1103-1169 (2005).
  96. Peng, W. P., Goodwin, M. P., Chen, H., Cooks, R. G., Wilker, J. Thermal formation of mixed-metal inorganic complexes at atmospheric pressure. Rapid Commun Mass Sp. 22, 3540-3548 (2008).
  97. Alvarez, J., et al. Preparation and in situ characterization of surfaces using soft landing in a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer. Anal Chem. 77, 3452-3460 (2005).
  98. Cyriac, J., Li, G. T., Cooks, R. G. Vibrational Spectroscopy and Mass Spectrometry for Characterization of Soft Landed Polyatomic Molecules. Anal Chem. 83, 5114-5121 (2011).
  99. Johnson, G. E., Lysonski, M., Laskin, J. In Situ Reactivity and TOF-SIMS Analysis of Surfaces Prepared by Soft and Reactive Landing of Mass-Selected Ions. Anal Chem. 82, 5718-5727 (2010).
  100. Nie, Z. X., et al. In Situ SIMS Analysis and Reactions of Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-Selected Cations and Anions Using an Ion Trap Mass Spectrometer. J Am Soc Mass Spectr. 20, 949-956 (2009).
  101. Gologan, B., et al. Ion soft-landing into liquids: Protein identification, separation, and purification with retention of biological activity. J Am Soc Mass Spectr. 15, 1874-1884 (2004).
  102. Judai, K., Abbet, S., Worz, A. S., Rottgen, M. A., Heiz, U. Turn-over frequencies of catalytic reactions on nanocatalysts measured by pulsed molecular beams and quantitative mass spectrometry. Int J Mass Spectrom. 229, 99-106 (2003).
  103. Cyriac, J., Wleklinski, M., Li, G. T., Gao, L., Cooks, R. G. In situ Raman spectroscopy of surfaces modified by ion soft landing. Analyst. 137, 1363-1369 (2012).
  104. Hu, Q. C., Wang, P., Gassman, P. L., Laskin, J. In situ Studies of Soft- and Reactive Landing of Mass-Selected Ions Using Infrared Reflection Absorption Spectroscopy. Anal Chem. 81, 7302-7308 (2009).
  105. Volny, M., et al. Surface-enhanced Raman spectroscopy of soft-landed polyatomic ions and molecules. Anal Chem. 79, 4543-4551 (2007).
  106. Kartouzian, A., et al. Cavity ring-down spectrometer for measuring the optical response of supported size-selected clusters and surface defects in ultrahigh vacuum. J Appl Phys. 104, (2008).
  107. Kaden, W. E., Kunkel, W. A., Roberts, F. S., Kane, M., Anderson, S. L. CO adsorption and desorption on size-selected Pdn/TiO2(110) model catalysts: Size dependence of binding sites and energies, and support-mediated adsorption. J Chem Phys. 136, (2012).
  108. Price, S. P., et al. STM characterization of size-selected V-1, V-2, VO and VO2 clusters on a TiO2 (110)-(1 x 1) surface at room temperature. Surf Sci. 605, 972-976 (2011).
  109. Benz, L., et al. Pinning mononuclear Au on the surface of titania. J Phys Chem B. 110, 663-666 (2006).
  110. Deng, Z. T., et al. A Close Look at Proteins: Submolecular Resolution of Two- and Three-Dimensionally Folded Cytochrome c at Surfaces. Nano Lett. 12, 2452-2458 (2012).
  111. Di Vece, M., Palomba, S., Palmer, R. E. Pinning of size-selected gold and nickel nanoclusters on graphite. Phys Rev B. , (2005).
  112. Benesch, J. L. P., et al. Separating and visualising protein assemblies by means of preparative mass spectrometry and microscopy. J Struct Biol. 172, 161-168 (2010).
  113. Davila, S. J., Birdwell, D. O., Verbeck, G. F. Drift tube soft-landing for the production and characterization of materials: Applied to Cu clusters. Rev Sci Instrum. 81, (2010).
  114. Rauschenbach, S., et al. Electrospray ion beam deposition of clusters and biomolecules. Small. 2, 540-547 (2006).
  115. Hadjar, O., Futrell, J. H., Laskin, J. First observation of charge reduction and desorption kinetics of multiply protonated peptides soft landed onto self-assembled monolayer surfaces. J Phys Chem C. 111, 18220-18225 (2007).
  116. Hadjar, O., Wang, P., Futrell, J. H., Laskin, J. Effect of the Surface on Charge Reduction and Desorption Kinetics of Soft Landed Peptide Ions. J Am Soc Mass Spectr. 20, 901-906 (2009).
  117. Heiz, U., Bullock, E. L. Fundamental aspects of catalysis on supported metal clusters. J Mater Chem. 14, 564-577 (2004).
  118. Nogues, C., Wanunu, M. A rapid approach to reproducible, atomically flat gold films on mica. Surf Sci. 573, (2004).
  119. Kawasaki, M., Uchiki, H. Sputter deposition of atomically flat Au(111) and Ag(111) films. Surf Sci. 388, (1997).
  120. Laskin, J., Denisov, E. V., Shukla, A. K., Barlow, S. E., Futrell, J. H. Surface-induced dissociation in a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer: Instrument design and evaluation. Anal Chem. 74, 3255-3261 (2002).
  121. Mize, T. H., et al. A modular data and control system to improve sensitivity, selectivity, speed of analysis, ease of use, and transient duration in an external source FTICR-MS. Int J Mass Spectrom. 235, 243-253 (2004).
  122. Mallick, P. K., Danzer, G. D., Strommen, D. P., Kincaid, J. R. Vibrational-Spectra and Normal-Coordinate Analysis of Tris(Bipyridine)Ruthenium(Ii). J Phys Chem-Us. 92, 5628-5634 (1988).
  123. Strommen, D. P., Mallick, P. K., Danzer, G. D., Lumpkin, R. S., Kincaid, J. R. Normal-Coordinate Analyses of the Ground and 3mlct Excited-States of Tris(Bipyridine)Ruthenium(Ii). J Phys Chem-Us. 94, 1357-1366 (1990).
  124. Kim, H., Lee, H. B. R., Maeng, W. J. Applications of atomic layer deposition to nanofabrication and emerging nanodevices. Thin Solid Films. 517, 2563-2580 (2009).
  125. Du, Y., George, S. M. Molecular layer deposition of nylon 66 films examined using in situ FTIR spectroscopy. J Phys Chem C. 111, 8509-8517 (2007).
  126. Yoshimura, T., Tatsuura, S., Sotoyama, W. Polymer-Films Formed with Monolayer Growth Steps by Molecular Layer Deposition. Appl Phys Lett. 59, 482-484 (1991).
  127. Loscutoff, P. W., Zhou, H., Clendenning, S. B., Bent, S. F. Formation of Organic Nanoscale Laminates and Blends by Molecular Layer Deposition. Acs Nano. 4, 331-341 (2010).
  128. George, S. M., Yoon, B., Dameron, A. A. Surface Chemistry for Molecular Layer Deposition of Organic and Hybrid Organic-Inorganic Polymers. Accounts Chem Res. 42, 498-508 (2009).
  129. Marginean, I., Page, J. S., Tolmachev, A. V., Tang, K. Q., Smith, R. D. Achieving 50% Ionization Efficiency in Subambient Pressure Ionization with Nanoelectrospray. Anal Chem. 82, 9344-9349 (2010).
  130. Page, J. S., Tang, K., Kelly, R. T., Smith, R. D. Subambient pressure ionization with nanoelectrospray source and interface for improved sensitivity in mass spectrometry. Anal Chem. 80, 1800-1805 (2008).
  131. Kelly, R. T., Page, J. S., Tang, K. Q., Smith, R. D. Array of chemically etched fused-silica emitters for improving the sensitivity and quantitation of electrospray ionization mass spectrometry. Anal Chem. 79, 4192-4198 (2007).
  132. Spraggins, J. M., Caprioli, R. High-Speed MALDI-TOF Imaging Mass Spectrometry: Rapid Ion Image Acquisition and Considerations for Next Generation Instrumentation. J Am Soc Mass Spectr. 22, 1022-1031 (2011).
  133. Majumdar, A., et al. Development of metal nanocluster ion source based on dc magnetron plasma sputtering at room temperature. Rev Sci Instrum. 80, (2009).
  134. Ganeva, M., Pipa, A. V., Hippler, R. The influence of target erosion on the mass spectra of clusters formed in the planar DC magnetron sputtering source. Surf Coat Tech. , 213-241 (2012).
  135. Tang, J., Verrelli, E., Tsoukalas, D. Selective deposition of charged nanoparticles by self-electric focusing effect. Microelectron Eng. 86, 898-901 (2009).

Tags

الكيمياء، العدد 88، الهبوط لينة، أيونات مختارة الشامل، electrospray والثانوية مطياف الكتلة ايون، التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، العضويه، الحفز
<em>في الموقع</em> سيمز والأشعة تحت الحمراء الطيفي من السطوح محددة جيدا من إعداد لينة الهبوط من الأيونات اختيارها قداس-
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Johnson, G. E., Gunaratne, K. D. D., … More

Johnson, G. E., Gunaratne, K. D. D., Laskin, J. In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions. J. Vis. Exp. (88), e51344, doi:10.3791/51344 (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