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Chemistry

대량 선택 이온 소프트 랜딩에 의해 준비 잘 정의 된 표면의 제자리 SIMS 및 IR 분광법

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

Summary

표면 상에 대량으로 선택 이온의 연착륙은 새로운 물질의 높은 제어 준비를위한 강력한 방법입니다. 현장 이차 이온 질량 분석 (SIMS)과 적외선 반사 흡수 분광법 (IRRAS)에 의한 분석과 함께, 부드러운 착륙은 표면과 잘 정의 된 종의 상호 작용에 전례없는 통찰력을 제공합니다.

Abstract

표면 상 대량 선택된 이온의 연착륙은 종래의 합성 기술을 사용하여 액세스 할 수없는 물질의 고도로 제어 된 제조를위한 강력한 접근 방식이다. 이차 이온 질량 분석 (SIMS)과 적외선 반사 흡수 분광법 (IRRAS)를 사용하여 현장의 특성에 부드러운 착륙을 결합하면 깨끗한 진공 상태에서 잘 정의 된 표면의 분석을 가능하게한다. 우리의 실험실에서 생성 된 세 연착륙 악기의 기능을 대량으로 선택 루테늄 트리스의 소프트 랜딩 (피리딘) dications에 의해 제조 표면 바인딩 된 유기 금속의 대표 시스템에 대한 예시되어, [루 (BPY) 3] 2 + (BPY = 비 피리딘), 상 카르 복실 산.) 금 (COOH-SAM에 대한 자기 조립 단분자막의 표면을 종료 제자리 비행 시간 (TOF에서)-SIMS는 부드러운 착륙 이온의 반응성에 대한 통찰력을 제공합니다. 또한, 전하의 환원 반응 속도가 중화 및 데흡착하는 동안 이온 소프트 랜딩이 이온 사이클로트론 공명 (FT-ICR)-SIMS 측정을 변환 현장 푸리에하여 연구 한 후 두 COOH-SAM에서 발생. 현장 IRRAS에서 실험 금속 센터를 둘러싼 유기 리간드의 구조가 얼마나에 대한 통찰력을 제공 COOH-SAM에 유기 금속 이온의 고정화를 교란 연착륙에 의해 표면. 공동으로, 세 악기 표면에 담지 잘 정의 된 종의 화학 조성, 반응성 및 구조에 대한 보완 정보를 제공한다.

Introduction

표면 상에 대량으로 선택 이온의 연착륙으로 인해 새로운 재료 1-6의 높은 제어 준비를위한 기술의 시연 기능에 대한 현재의 연구 관심의 대상이 남아있다. 최근의 노력은 높은 처리량 생물 학적 검사 7,8, 단백질의 분리 및 펩타이드의 구조적 농축 9-12의 공유 결합에 사용되는 펩타이드 및 단백질 어레이의 제조에 대량 선택 이온 소프트 랜딩의 잠재적 인 미래의 응용 프로그램을 나타낼 표면 9,10,13,14, 유기 화합물의 키랄 농축에 펩티드 (15), 특정 산화 환원 활성 단백질의 전기 화학적 특성 16-18, 얇은 분자 필름 19, 20의 생산, 같은 그라 핀 (21)과 모델의 준비와 같은 거대 분자의 처리 이온 클러스터 22-39의 소프트 랜딩 (soft landing)을 통해 촉매 시스템은, 40 ~ 48 및 유기 금속 공동으로 나노 입자지원 자료 19,49-56에 mplexes. 다 원자 이온의 연착륙을 통해 표면 개질 개념이 처음 1977 년 57 요리사 및 동료에 의해 ​​제안되었다. 후속 년 수단이 접근법의 광범위한 가스로부터 대량 선택된 이온의 제어 된 증착을 위해 개발되어왔다 상 단계 1,4,5을 표면. 이온은 전기 분무 이온화 (ESI) 10,58,59, 매트릭스 보조 레이저 탈착 / 이온화 (MALDI) (21), 전자 충격 이온화 (EI) 60, 61, 펄스 아크 방전 (62), 불활성 가스 (36)와 같은 응축 과정을 통해 생성 된 , 63, 64, 65을 마그네트론 스퍼터링, 레이저 기화 25,66,67. 기체 상태의 이온 질량 선택은 이전의 연착륙에 주로 사중 극자 질량 필터 58,68,69, 자기 편향 장치 (70), 및 선형 이온 트랩 악기 8,59를 사용을 실현하고 있습니다. 특히 NOTA이온 소프트 랜딩 방법론의 상상력 사전은 요리사와 동료 (71, 72)에 의해 주위 이온 소프트와 반응 방문의 성공적인 구현과 최근에 발생했습니다. 이러한 다양한 이온화, 질량 선택 기법을 사용하여, hyperthermal 표면 (<100 EV) 다 원자 이온의 상호 작용이 더 같이 이온 연착륙의 효율성 및 반응성 및 비 반응성 산란 경쟁 프로세스에 영향을 미치는 요인을 이해하기 위해 연구되어왔다 물론 표면으로 분리 4,73-75을 유도.

연구 목적으로 잘 정의 모델 촉매의 제조는 대량 선택된 이온 25,34,35,56,76-81 부드러운 착지 특히 유익한 프로그램이다. 물리적 및 화학적 거동은 클러스터 크기에 따라 선형 적으로 확장되지 않는 나노 클러스터의 크기 범위에서, 또는 클러스터로부터 또 또는 단일 원자의 제거가 비약적으로 번째에 영향을 미칠 수 있음을 입증되었다EIR 화학 반응성이 82 ~ 84. 양자 구속의 결과이 나노 현상은, 결함이 풍부한 산화 마그네슘 표면에 지원하는 여덟 금 원자 (금 8)의 부드러운 착륙 클러스터로 구성된 모델 촉매 Heiz 및 동료 (85)에 의해 그럴듯하게 입증되었다. 몇 가지 추가적인 연구는 표면 34,77,86,87에서 지원 클러스터의 크기에 의존하는 반응의 증거를 제공했다. 또한, 고해상도 전자 현미경 이미지는 10 88 쉰다섯 89 원자 적은 수를 포함하는 클러스터는 산화철 지원 대량 합성 금 촉매의 뛰어난 활동에 크게 책임이있을 수 있음을 나타냅니다. 대량 선택 이온 소프트 랜딩을 채택, 그것은 확산 및 지원 자료의 표면에 90 ~ 92에 더 큰 구조로 응집하지 않는 크기를 선택한 클러스터 및 나노 입자의 안정적인 배열을 준비 할 수 있습니다. 이러한 이전의 연구는 표시가 연속 해있는개발을 보내고, 대량 선택한 클러스터 및 나노 입자의 소프트 랜딩은 표면에 확장 배열이 동일 클러스터와 나노 입자의 큰 숫자의 긴급 행동을 악용 고 활성 이종 촉매의 창조를위한 다양한 기술이 될 수있다. 이러한 매우 잘 정의 된 시스템은 클러스터의 크기, 형태, 원소 조성 및 표면 커버리지 영향 촉매 활성, 선택성 및 내구성 등의 중요도 파라미터를 이해하는 연구 목적을 위해 사용될 수있다.

일반적으로 용액 상 균질 촉매에 사용되는 유기 금속 복합체는 대량 선택 이온 56,80,81의 연착륙을 통해 표면에 고정 할 수있다. 하이브리드 유기 - 무기 물질을 생산하기 위해 고체 지원에 이온 성 금속 - 리간드 복합체를 연결하면 현재 촉매 및 표면 과학 사회 93 연구의 활성 영역입니다. 전반적인 목표는 높은를 획득하는 것입니다촉매 및 솔루션에 남아있는 반응물에서 제품의 쉬운 분리를 용이하게하는 동안 솔루션 상 금속 - 리간드 복합체의 원하는 제품쪽으로 선택. 이러한 방식으로, 표면이 유기 금속 착체가 균일하고 불균일 촉매 둘 다의 이점을 얻을 고정화. 그것은 또한 강한 표면 고정화 (94)를 달성하면서 유지하거나 심지어는 활성 금속 중심 주변의 유기 리간드 환경을 향상시킬 수있다 적절한 기판의 선택 스루. 금에 자기 조립 단분자막의 표면 (출판사 Sams), 그러므로, 대량 선택 이온 (95)의 소프트 랜딩 (soft landing)을 통해 표면에 유기 금속 복합체를 테 더링의 타당성을 조사하기 위해 최적의 시스템을 서로 다른 작용기의 숫자로 종료되고있다 할 수있다. 또한, 같은 대기압 열 탈착 이온화 (APTDI)로 이온화 방법은 기체 상 혼합 금속 무기 복합체를 산출하기 이전에 증명 된솔루션 (96)의 합성을 통해 액세스 할 수없는 그. 비슷한 맥락에서, 마그네트론 스퍼터링 (65), 가스 집계 (63)와 레이저 기화 (66)과 같은 비 열 역학적으로 제한 합성과 이온화 기술도에서 지원되는 새로운 무기 클러스터와 나노 입자에 다양한 경로를 제공하기 위해 이온 소프트 랜딩 기기와 결합 될 수있다 면.

재료의 제조를위한 성숙한 기술로 대량 선택된 이온의 연착륙을 발전하기 위하여, 유익한 분석 방법은 증착 동안 및 전후면의 화학적 및 물리적 특성을 프로빙 연착륙 계측과 결합하는 것이 중요 이온. 지금까지의 기술은 다수의 이차 이온 질량 분석법 (SIMS) 19,97-100 온도 프로그래밍 탈착 반응 (50, 52), 레이저 탈착 이온화 일 등이 용도 적용된01, 펄스 분자 빔 반응 (102), 적외선 분광기 (FTIR과 라만) 98103104, 표면 강화 라만 분광법 (103, 105), 캐비티 링 다운 분광법 (106) x-선 광전자 분광법 35107, 스캐닝 터널링 현미경 33,108-111, 원자 힘 현미경 (112-114) 및 투과형 전자 현미경으로 39. 그러나, 가장 정확하게 제조 또는 이온 연착륙하여 표면 개질을 특성화하기 위해, 그것은 분석 실험실 환경에 기판을 노출하지 않고 반응계에서 수행하는 것이 중요하다. 현장에서 실시 이전 분석은 같은 시간 37,38,115,116에 부드러운 착륙 이온의 이온 전하의 감소 등의 현상에 대한 통찰력을 제공하고, 소프트의 탈착은 표면 (52)으로부터 이온을 착륙, 효율성과 이온 반응 방문 14,81의 운동 에너지 의존 및 사이즈의 영향에 입금 클러스터와 나노 입자의 촉매 활성에 (117) 표면. 예로서, 우리 실험실에서, 우리는 체계적 다른 3의 SAMs의 표면에 프로톤 펩타이드의 전하 감소 동력학을 연구 하였다. 이러한 실험이 결합 된 독특한 연착륙 악기와 수행 하였다 푸리에 동안과 이온 97의 소프트 랜딩 후 양면의 현장 분석을 가능하게 이온 사이클로트론 공명 이차 이온 질량 분석기 (FT-ICR-SIMS)를 변환 할 수 있습니다. 이러한 분석 기능을 확장하기 위해, 다른 기기는 IRRAS (104)를 사용하여 표면에 부드러운 착륙 이온의 현장 특성에 허용하는 건설되었다. 복잡한 이온과 표면 층의 구조적 변화는 동안 소프트 랜딩 (12) 후 모두 실시간으로 모니터링 할 수로이 표면에 민감한 적외선 기술뿐만 아니라 결합 형성과 파괴의 과정을 수 있습니다. 예를 들어, IRRAS를 사용했다이온 연착륙 공유 결합 N-히드 록시 숙신 에스테르 관능의 SAMs 13,14에 대량 선택된 펩티드를 고정화하는 데 사용될 수 있다는 것을 보여 주었다.

여기서, 우리는 현장 TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS에 대한 설계 퍼시픽 노스 웨스트 국립 연구소에있는 세 개의 고유 한 맞춤형 악기의 기능을 설명하고, 대량 선택 이온 소프트 랜딩 (soft landing)을 통해 생산 된 기판의 IRRAS 분석 표면 상. 대표적인 시스템으로, 우리는 고정화 된 유기 금속 착물을 준비하는 대량 선택된 유기 금속 루테늄 트리스 (피리딘) dications의 연착륙에 대한 결과 [루 (BPY) 3] 2 + 카르 복실 산 상 종료를 SAM에 (COOH-SAM에) 제시한다. 그것은 현장에서 TOF-SIMS는 미리 할 수있다 반응 중간체 등의 낮은 풍부한 종의 식별을 용이하게 매우 높은 감도와 큰 전체 동적 범위의 이점을 제공 것을 알 수있다표면에 짧은 시간에 전송됩니다. TOF-SIMS는 이전의 연착륙에 가스 상에 유기 금속 이온에서 리간드의 제거, 표면에 고정화를 향해 효율성 및 가스 분자 향해 화학 반응에 영향을 미치는 방법에 대한 통찰력을 제공합니다. 반응계에서 IRRAS는 좌우할 수 청구 금속 중심을 둘러싼 유기 리간드의 구조를 프로빙하면서 FT-ICR-SIMS 반응계에서 사용 이용 특성은 전하 환원, 중화 및 표면에 이중으로 하전 된 이온의 탈착 반응 속도에 대한 통찰력을 제공한다 전자 특성 및 고정화 이온의 반응성. 공동으로, 우리는 SIMS 및 IRRAS하여 현장 분석과 함께 대량 선택 이온의 소프트 랜딩이 잘 정의 된 종과 과학적 노력의 넓은 범위에 영향을 미칠 표면 사이의 상호 작용에 대한 통찰력을 제공하는 방법을 보여줍니다.

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Protocol

1. 대량 선택 이온 소프트 랜딩을위한 금에 COOH-SAM 표면의 준비

  1. 실리콘 (Si) 또는 운모 역행 물자에 평평 금 기판을 얻습니다. 또한, 문헌 118119에 설명 된 절차에 따라시 또는 운모 표면에 금 영화를 준비하고 있습니다. 참고 : 다음과 같은 사양을 사용하여 표면을 1 ㎠의 또는 원형이고 직경이 5 ㎜, 525 ㎛의 두께의 Si 층, 50 Å 두께의 Ti 접착층, 1000 Å 금층.
  2. 유리 섬광 유리 병에 신선한 금 - 온 - 실리콘 표면을 놓고 순수 (비 변성) 에탄올에 몰두.
  3. 초음파 세척기로 에탄올에 침지 금 표면을 포함하는 섬광 유리 병을 놓고 어떤 표면의 이물질을 제거하기 위해 20 분 동안 세척한다. 참고 :이 운모지지 물질에서 금 필름을 분리하므로 초음파 운모의 표면에 금을 세척하지 마십시오.
  4. 의 흐름과 함께 튜브 및 건조에서 세척 된 금 표면을 제거에탄올에서 남아있는 반점의 형성을 방지하기 위해 순수한 N 2.
  5. 건조 된 금 표면 청소기, 자외선 (UV)에 놓는다 표면 유기 물질을 제거하기 위해 20 분 동안 조사.
  6. 유리 섬광 유리 병에, 비 변성 에탄올 16 mercaptohexadecanoic 산 (COOH-SAM)의 1 ㎜ 솔루션을 5 ㎖를 준비합니다.
  7. 분자의 카르복시산 기의 양성자 화를 확인하기 위해 에탄올을 1 % 염산의 최종 농도 염산.
  8. 배치, 세척, 건조 및 UV 세정 금 표면 전체 금 표면이 완전히 각각의 병에 담겨지고 보장 COOH-SAM 솔루션에까지 직면하고 있습니다. 금의 단일 층의 표면 (호일 유리 병을 포장) 어둠 속에서 최소 24 시간 동안 조립 할 수 있습니다.
  9. 에탄올을 1 % 염산 5 ㎖를 포함하는 새로운 섬광 유리 병에 COOH-SAM 솔루션과 장소에서 표면을 제거합니다. 초음파 SAM은 물리 흡착 된 분자의 FR을 제거하기 위해 5 분 동안 표면들 세척단분자층 표면 OM.
  10. 유리 병에서 세척 표면을 제거하고 에탄올을 1 % 염산 여러 1 ㎖ 분량 씩 씻어냅니다. 건조 COOH-SAM은 N 2의 흐름에 따라 표면.
  11. 깨끗한 금속 집게를 사용하여 장갑 각 연착륙 악기 과정에서 전면에 직면 금 표면에 닿지 않도록주의하면서와 호환되는 세 가지 금속 샘플 마운트에 SAM 표면을 배치 입고. 표면이 단단히 자리에 표면의 뒷면과 금속 샘플 마운트 사이에 강한 전기적 접촉이 있다는 것을 고정되어 있는지 확인합니다.
  12. 소프트 랜딩기구 (각각 약간 다른)의로드 락 시료 도입 기능을 채용 연착륙 챔버로부터 기기의 시료 도입 영역을 분리하는 게이트 밸브가 폐쇄되도록. 터보 분자 진공 펌프 및 이온화 압력 게이지 및 closi을 해제하여 대기압 샘플 도입 실까지 가져와포어 라인 기계식 진공 펌프에 밸브를 겨.
  13. 샘플 도입 챔버는 대기압 샘플 문을 열고 단단히 기기의 내부 조작 (XYZ 단계 또는 z-번역기)에 샘플 홀더를 고정에 도달하면. 문을 닫고 포어 라인 기계식 진공 펌프에 밸브를 엽니 다. 샘플 도입 실이 10-3 토르의 압력에 도달 할 때, 터보 분자 진공 펌프 및 이온화 압력계를 켜.
  14. 샘플 도입 실이 10-5 토르의 압력에 도달 할 때, 연착륙 실에 게이트 밸브를 연다. 연착륙을 시작하는 이온 빔 라인의 SAM 표면의 위치를​​ 자기 조작 또는 XYZ 단계를 사용합니다.

COOH-SAM 표면에 질량 선택한 루 (BPY) 3 2 + 2. 소프트 랜딩

  1. 트리스를 얻습니다 (2,2 '- 비 피리 딜) 디클로로 루테늄 (II) 고체 수화물. CR 순수한 메탄올에 빨간 결정을 용해10-3 M의 농도와 재고 솔루션을 eate 질량 선택된 루 (BPY) 3 2 + m / z = 285의 최적 전기 분무 이온 전류를 달성하기 위해 메탄올로 10 또는 100 중 하나의 요인으로 원액을 희석.
  2. 1 ㎖의 유리 주사기에 희석 된 솔루션을로드합니다. 360 μm의 외경 (80) 양의 이온을 생성하는 2-3 kV의 사이에 바이어스 μm의 내경 용융 실리카 모세관을 통해 솔루션을 주입하는 주사기 펌프를 사용합니다. 표면에서 최적의 이온 전류 및 안정성을 얻기 위해 20 ~ 40 μL / 시간 사이 주사기 펌프의 유량을 조정한다.
  3. 루 (BPY)의 질량에 사중 극자 질량 필터를 조정 표면에 루 (BPY) 3 2 +가 아닌 다른 종의 연착륙을 방지하기 위해 3 2 + 이온 m / z = 285. 전위계 진공을 통해 기판에 접속 고 저항을 이용한 전기 피드 스루 조정 전압 이온 광학계의 설정 및고주파 이온 3 2 +는 SAM 표면에서 측정 루 (BPY)의 이온 전류와 안정성을 극대화하기 위해 안내합니다. 실험 COOH-SAM의 표면에 이온의 원하는 커버리지를 달성하기 위해 시간을 지정한 기간 동안 실행되도록 허용한다.
  4. 충돌 유도 된 분해를 통해, 유기 금속 이온으로부터 스트리핑 기상 리간드를 활성화 가혹한 조건을 만들 연착륙 악기의 고압 충돌 중극 영역의 전위 구배를 증가시킨다. 참고 :. 또한 그림 1에 제시되어 다른 두 악기의 초기 단계의 대표적인 세 연착륙 악기 중 하나의 개략도를 검사 루 (BPY)의 조각 3 2 + 이온 발생 지역 4. 루 (BPY)로부터 1 피리딘 리간드를 제거하는 전기 역학 이온 깔때기의 백 플레이트에인가되는 전압을 증가 3 2 + m / z = 285 생산 가스상 루 (BPY) 악기 (81)의 영역 (4) 2 2 + m / z = 207. 질량 COOH-SAM에 악기와 부드러운 땅의 영역 (6)의 사중 극 질량 필터를 사용하여 반응성이 매우 높은 undercoordinated 조각 이온을 선택하는 것은 결찰의 정도가 지원되는 유기 금속 이온의 특성에 영향을 미치는 방법을 검토하는 표면.
  5. 질량 선택된 루 (BPY)의 전류를 최대화하기 중극 봉에인가 DC 전압뿐만 아니라 컨덕턴스 한계 표면이 2 + 단편 이온을 포함 주변 이온 광학계를 조정한다.

제자리 TOF-SIMS에 이전 및 반응 가스에 노출 된 후 3. 분석

  1. ESI의 터에 주사기 펌프와 높은 전압의 전원을 끕니다. 동작 동안 기기의 두 개의 영역을 분리하는 게이트 밸브를 연다. 분석 단계에 연착륙 실에서 제조 된 표면을 안쪽으로 이동하는 자기 조작을 사용하여악기의 TOF-SIMS의 일부입니다.
  2. 샘플에서 조작을 풀고 SIMS 분석 챔버에서 완전히 철회. TOF-SIMS이 장비의 소프트 랜딩 지역보다 훨씬 낮은 압력에서 작동하기 때문에 연착륙 및 장비의 SIMS 부품 사이의 게이트 밸브를 닫습니다.
  3. TOF-SIMS의 실험을 수행하기 위해, 소프트웨어의 인스트루먼트 컨트롤 파일을로드하고 가인 + 소스가 기본 이온 충분히 안정되어있는 현재 생산되어 있는지 확인합니다. 참고 : 소프트의 탈착을 유도하기 위해 15 keV의 차 갈륨 이온 (GA +, 500 PA, 5 나노초 펄스 폭, 10 kHz의 반복률)를 채택 표면으로부터 물질을 주었다. 세 가지 별도의 정전기 분야로 구성되어 질량 분석기로 표면에서 배출 차 이온의 압축을 풉니 다.
  4. (일반적으로, 표면의 중심부에서 기판 상에 이온의 증착 스폿의 중심을 결정하기 위해 표면에 걸쳐 x-및 y-축 라인 프로파일을 취득ND 지름 3 ㎜). 가인 + 차 이온 빔은 이온 증착 된 장소의 중심에 입사되도록 표면을 배치합니다. 5 분간 TOF-SIMS 질량 스펙트럼을 획득.
  5. 기본 가인 + 이온 빔과 TOF-SIMS의 높은 전압의 전원을 끕니다. 다시 악기의 연착륙 부분에 샘플을 이동하는 자기 조작을 사용합니다. 두 개의 챔버를 분리하는 게이트 밸브를 더 진행하기 전에 닫혀 있는지 확인하십시오.
  6. 악기에 실린더에서 초 고순도 산소 (O 2) 가스의 제어 흐름을 소개하는 소프트 랜딩 챔버에 높은 진공 누출 밸브를 사용합니다. 연착륙 챔버 내부 O 2 × 10-4 Torr로의 정상 상태 압력을 달성하기 위해 펌프의 펌핑 속도를 스로틀 링하기 위해 터보 분자 진공 펌프 앞에 프리 게이트 밸브를 사용한다.
  7. 30 분 동안 O 2 표면의 노출 다음과 같은 일에 게이트 밸브를 열고 누출 밸브를 닫습니다E 터보 분자 진공 펌프 및 나머지 O이 떨어져 펌핑 할 수있다. 챔버 내의 압력이 감소되면, 기기의 SIMS 부분에 게이트 밸브를 개방 및 TOF-SIMS 분석의 두 번째 라운드를위한 분석 플랫폼에 표면을 위치 시키도록 자기 매니퓰레이터를 사용한다.
  8. 게이트 밸브를 개방하고, 30 분간 C 2 H 4의 10-4 Torr의 노출에 대한 확대 연착륙 챔버 내의 표면의 위치를, 3.3-3.4 섹션에서 설명한 제 TOF-SIMS 스펙트럼을 수득 한 후. 상술 한 바와 같이 다시 SIMS 분석을 수행합니다.

소프트 랜딩시와 후 원위치 FT-ICR-SIMS에서 4. 분석

  1. SAM은 부 (1)에 기재된 것과 유사한 방식으로 만 원형 기판의 직경 5mm의 시츄 FT-ICR-SIMS 기기와 실험 표면 준비한다. 참고 : 금 코팅 된 실리콘 웨이퍼의 레이저 컷 (5 nm의 크롬 있습니다 사용 기판접착층 및 다결정 증착 골드 100 NM). 가장 주목할만한 차이점은 FT-ICR-SIMS 기기의 표면이 초전도 자석의 구멍 내부에 위치되어 있다는 것을 알고 있어야합니다. 자석의 존재는 표면이 ICR 셀의 리어 플레이트에 안전하고 조정 가능하게 위치되도록 그들을 활성화 5피트 서, Z-역자의 단부에 배치 될 것을 필요로한다.
  2. 로드 락 인터페이스를 사용하여, 6 테슬라 자석의 내부에 위치 ICR 셀의 후면 트래핑 접시에 원형 SAM 표면의 위치. 참고 :이 장비는 이온 - 표면 상호 작용 97120 공부를 위해 구성된 특수 설계된 6 테슬라 FT-ICR 질량 분석기는 것을 알고 있어야합니다.
  3. 제 2 항에 기재 한 것과 유사한 방식으로 FT-ICR-SIMS 기기의 이온 연착륙 조작부를 조작.
  4. 동안에 표면을 스퍼터 8 kV의 고사 + 일차 이온의 연속 빔을 생성하는 세슘 이온 소스를 사용차 이온 소프트 랜딩 후.
  5. 연착륙 이온을 생성하는 주요 악기 축 방향으로 90 °에 위치하는 ESI 소스를 활용합니다. 극 (120)를 구부리는 90 °를 통해 이온 초점을 맞 춥니 다. 참고 :이 악기의 형상 루 (BPY)하여시 및 이온 증착 후 모두 연착륙 과정의 모니터링을 가능하게하는 표면에 차 고사 + 이온 빔의 3 2 + 및 전송을 동시에 소프트 랜딩 (soft landing)을 용이하게 알고 있어야합니다.
  6. 트랩 및 FT-ICR-MS를 사용하여 표면에서 배출 된 차 이온을 분석 할 수 있습니다. 참고 : 지속이 실험을 위해 약 10 10 이온 / ㎠ (현재 4 nA의, 지속 시간 80 마이크로 초, 스폿 직경 4.6 mm, 스펙트럼 당 10 탄 ~ 200 데이터 포인트)의 총 이온 플럭스에 해당하는 정적 SIMS 조건을 사용 약 7 시간. 10 초 ~의 획득 시간에 해당하는 10 샷을 통해 각 SIMS 스펙트럼을 평균.
  7. SAM 하던가을 샘플링하여 반응 속도 데이터를 수집이온 증착 동안과 후 약 7 시간 동안 매 4 분 CE.
  8. 문헌 (121)에 설명 된 자동화 된 모듈 데이터 제어 시스템을 사용하여 데이터 수집 및 기기 제어를 수행한다.

소프트 랜딩시와 후 제자리 IRRAS에서 5. 분석

  1. . SAM은 부 (1)에 기재된 것과 유사한 방식으로 시츄 IRRAS 기기에서 메모 실험 표면 준비 유의 즉 Z-역자 표면의 정확한 위치에서 IRRAS 악기 결과와 큰 차이 포물면 미러의 초점에서 및 이온 빔 라인에 기판을 찾을 필요. 적외선 및 표면에 증착 이온의 스폿 사이의 오버랩을 최대화.
  2. 액체 질소가 장착 된 FTIR 분광계를 이용한 방목 발생률 형상의 IRRAS 실험을 실시 수은 카드뮴 텔루 라이드 (MCT에게 냉각) 검출기.
  3. 포물선 금 거울에 FTIR 분광계를 종료 빛을 연출하는 골드 코팅 평면 거울을 사용한다. 포물선 미러로부터 뷰포트 통해 중간 적외선 와이어 그리드 편광판을 통해 진공 챔버로 빛을 반사.
  4. 진공 챔버 내부에 위치 COOH-SAM 표면에 분광계의 적외선 빛을 연출합니다. 주 : 진공 챔버는 이온 연착륙 동안에 10-5 토르의 압력에서 유지된다.
  5. 전동 Z-역자하여 제 포물면 미러의 초점 위치에 진공 챔버 내부에 금 표면에 반사 SAM을 위치.
  6. IR 광이 제 뷰포트 통해 SAM의 표면으로부터 그리고 챔버로부터 진공 챔버들이 반영한다. MCT 검출기에 표면에서 반사 된 빛을 초점을 두 번째 포물선 골드 미러를 사용합니다.
  7. N 2 진공 챔버의 외부에 IR 빔의 경로를 정화.
  8. AC증착시 설정된 시간 간격으로 첩 스펙트럼.

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Representative Results

1. 원위치 TOF-SIMS에서 사용 COOH-SAM에에 루의 반응성 (BPY) 3 2 + 조사

기능화 SAM에 상 대량을 선택 유기 금속 이온의 연착륙에 처음 노출 된 후 증착 된 이온 및 개별 분자 단층뿐만 아니라 화학 반응의 제품 사이에 형성 부가 감지으로 최대 감도를 제공하기 위해 현장 TOF-SIMS에 사용 예시 반응 가스의 표면. 하전 루 (BPY는) 3 2 + 이온은 메탄올에 고상 트리스 용해 및 해리 (2,2 '- 비 피리 딜)까지 dichlororuthenium (II) 수화물 결정을 유래. 루 (BPY) 3 2 + m / z = 285대로부터 용액의 전기 분무 이온화로부터 생성 가장 풍부한 이온 인 본원에 기재된 대표적인 연착륙 실험 선정. Undercoordinated 루 (BPY) 2 + 이온의 각 완전히 결찰 루 (BPY)로부터 1 피리딘 리간드의 분열에 의해 준비가되어 3 2 + 이온. 이것은도 1에 개략적으로 도시 연착륙 악기의 제 중극 지역 기상 충돌 - 유도 해리에 의해 유도된다. 이온 약 100 ㎩하에 현재 60 펜실바니아가 COOH-SAM에 관한 것이다 점 표면 (30) 및 (45) 루에 대한 분 (BPY) 3 2 +와 루 (BPY) 직경 약 3mm 원형 반점에 5 × 10 11 대량 선택 이온의 총 납품에 해당하는 각각 2 +,. 표면 다가 이온의 운동 에너지는 제 충돌 중극인가 전위 (도 1 참조)의 표면을 조정함으로써 결정된다. 운동 에너지의 동일계 TOF-SIMS 장치를 사용하여 실시 연착륙 실험 전체를위한 충전 당 약 10 eV로 설정된다.

5 X의 다음 소프트 랜딩10 11 그대로 루 (BPY) 3 2 + 이온 COOH-SAM의 표면에 제시되지 않은 새로운 봉우리의 숫자가 이전의 TOF-SIMS 스펙트럼에서 눈에 띄는 될 증착. 그대로 이중 청구 루 (BPY) 3 2 + m / z = 285과 단독에 해당하는 동위 원소 봉투 3 + m / z = 570가에 COOH-루 (BPY) 3 2 +의 연착륙을 다음 관찰 루 (BPY)를 충전 SAM 표면. 이 종의 상대 풍부 루의 이온 충전의 감소 루 (BPY)에 (BPY) 3 2 + 3 +가 COOH-SAM의 표면에 빠르게 발생을 제안합니다. 또 다른 동위 원소 봉투는 조각 루 (BPY) 2 +에 해당하는 m / z = 414에서 존재한다. 단독으로 청구 루 (BPY)에서 한 피리딘 리간드의 손실 발생이 단독으로 청구 이온이, 3 +는 가능성 루 (BPY)의 분리를 통해 형성되는 3+ TOF-SIMS에 의한 분석 중. 반면, TOF-SIMS 스펙트럼은 조각의 연착륙에 따라 얻어진 루 (BPY) 2 +는 그대로 복잡한 관련된 특성 피크의 (즉, 루 (BPY) 3 2 + 또는 루 (BPY) 3 +)을 결여 . m / z = 700에서 가장 중요한 것은 피크 루 (BPY)에 해당하는 2 - 싸이 + 부가 물은 undercoordinated 이온 및 단일 층 표면 사이의 매우 강한 바인딩을 나타냅니다 관찰된다. 이 종에 해당하는 봉우리는 그림 2a에 띄게된다.

연착륙 후, COOH-SAM 표면은 고정화 된 유기 금속 착체의 화학 반응성을 검사하는 기기의 증착 지역 O 2 C 2 H 4의 어느 제어 압력에 노출된다. 가스에 노출 후, 표면은 현장 TOF-SIMS에 의해 다시 분석된다.현장 TOF-SIMS 스펙트럼의 COOH-SAM이 포함 된 표면에 직접 노출 이후에 취득이도 2B 및 2C에 발표 소프트 루 (BPY)를 착륙 3 2 +와 루 (BPY) O 2 C 2 H 2 2 + 이온 4. COOH-SAM 상 루 (BPY) 2 / 3 2 +의 연착륙 이온 및 표면 분자 사이에 형성된 정전 부가에 대응 동위 원소 분포를 관찰 표면 아래, 앞 단락에서 논의 된 바와 같이. 30 분 동안 O 2의 10-4 토르 표면의 노출 후 TOF-SIMS 스펙트럼의 풍부에 수반하는 증가를 동반 m / z = 700의 부가 피크의 풍부 명백한 감소가 있음을 나타냅니다 m / z = 716.2과 732.2을 중심으로 두 가지 새로운 동위 원소 봉투. 이들 피크는 원자 (O)의 첨가와 일치 분자 (O 2) 산소각각 유기 금속 표면 부가 물이다. 또한,이 부가 물에 가까운 50 %의 변환 효율과 산화 될 것으로 보인다. 현장에 의해 O 2 및 분석에 노출 된 후 TOF-SIMS 표면은 기기의 소프트 랜딩 지역에 다시 배치하고 30 분 동안 C 2 H 4의 10-4 Torr의 노출. 제 2 가스 노출에 이어 표면 분석의 또 다른 라운드를위한기구의 SIMS 영역에 다시 전송된다. C 2 H 4에 노출 된 다음 TOF-SIMS 스펙트럼의 검사는 m / z = 716에서 단독으로 산화 된 유기 금속 부가의 상대적인 풍요의 감소를 나타냅니다.이 관찰 C 2에 노출시 고정 된 유기 금속 착체의 탈 산소와 일치 H 4. 이는 기체 상으로 방출되어 산화 된 탄화수소 (C 2 H 4 O)의 형성을 초래하는 가설된다. 따라서, THRough 시츄 TOF-SIMS 질량 선택된 이온 분석의 연착륙의 조합은 선택적으로 표면에 유기 금속 화합물을 분리하고 기체 분자에 대한 그들의 반응성을 검사하는 것이 가능하다. 또한, 솔루션에 액세스 할 수 없습니다 undercoordinated 이온의 동작을 검사 할 수있다. TOF-SIMS는 그림 3에 제시되어 원위치로 이온 소프트 랜딩 및 분석의 조합을 통해이 대표 체제에 달성되는 것을 설명하는 방식.

2. 제자리 FT-ICR-SIMS에서 사용 COOH-SAM에에 루의 충전 유지 (BPY) 3 2 +을 공부

대량 선택 이온의 연착륙은 현장 FT-ICR-SIMS에 의해 표면의 분석을 가능하게하는 두 번째 악기를 사용 수행한다. 도중 및 이온의 연착륙 후 양쪽 표면의 SIMS 분석을 가능하게 보완이 방법은, 기능을 제공 할 수있다전하와 중화 환원뿐만 아니라 표면 (115) 상에 증착 이온의 탈착 반응 속도에 광명. 표면에 다른 이온 충전 상태의 상대 풍부 몇 시간의 기간 동안 모니터링 할 수 있기 때문에 특히 강력한 기술이다. 루 (BPY)에 대한 대표적인 결과는 부드러운 COOH-SAM 표면에 착륙 3 2 +는 그림 4에 나타내었다. 동안 소프트 3 2 + 이온 전시에게 COOH-SAM 표면에 풍부 선형 증가를 이중 청구 루 (BPY를) 방문 . 측정 풍부 연착륙의 단부에 최대에 도달하고 COOH-SAM 표면에 확장 된 고원 따른다. 이 COOH-SAM 표면 연착륙 다음 그대로 이온의 이온 충전 상태를 유지하는 데 특히 효과적이다는 것을 나타냅니다. 단독으로 청구 루 (BPY) 3 + 이온은 연착륙하는 동안 시간에 대한 풍부 선형 증가를 전시 . 연착륙의 끝에서, 그러나, 단독으로 청구 이온 풍부하게 감소한다. 루에서 하나 피리딘 리간드의 손실 (BPY) 3 루 (BPY)를 형성 + 2 +에서 발생하는 단독 청구 조각 이온의 풍부 또한 그림 4에 나타내었다.이 이온 증착 종료 후 COOH-SAM에 풍부하게 감소 하였다 연착륙 동안 풍요의 선형 증가를 표시합니다. 충전 상태로 표면이 증가하는 이온의 결합 에너지는, 그것 단독으로 하전 된 이온의 빠른 손실과 일관성이 이중으로 하전 된 이온에 비해 그 단독으로 하전 된 이온은 표면으로부터 더 손쉬운 탈착을 겪는 가정하는 것이 합리적이므로 이 연구에서 관찰했다. 현장 FT-ICR-SIMS에 결합 소프트 랜딩은, 따라서, 충전, 중화 표면에 증착 된 이온의 탈착의 감소 등의 과정을 조사하기위한 강력한 기술이다.

ove_title "> 3. COOH-SAM에 3 2 +가 제자리 IRRAS에서 채용 루 (BPY)의 구조적 특징을 프로빙

부드러운 착륙 이온의 특성에 사용되는 세 번째 계기는 루 (BPY)에 의한 이온 - 표면 상호 작용에 화학적으로 개질 된 표면에 변화를 감지뿐만 아니라 COOH-SAM에 3 2 + 이온의 진동 스펙트럼을 획득 할 수있다. 이 기간 동안 부드러운 착륙 후 두 표면의 진동 기능의 변화를 측정하기 때문에이 장비는 특히 강력하다. 따라서, 부드러운 착륙 이온에 대한 구조 정보의 부를,이 악기를 사용하여 얻은 이온의 하위 단층 수준이 증착되는 것을 제공하고 될 수있는 소프트의 쌍극자 모멘트가 이온이 유리하게 정렬과 상호 작용 할 수있는 충분한 강도를 보유하고있다 착륙 전환 표면에 편광 IR 광자 사건.

부드러운 재배용 다음 얻어진 적외선 스펙트럼NG 5 × 10 12 루 (BPY) COOH-SAM의 표면에 3 2 + 이온이 그림 5에 표시된다. 우리는 벌거 벗은 COOH-SAM의 IR 스펙트럼 배경 스펙트럼으로 사용 되었기 때문에, 기능은 다음과 같은 관찰 있습니다 이온 증착 소프트 착륙 이온의 진동 모드에서 전적으로 기인. 나인 진동 기능은 IR 스펙트럼에서 별표 (*)로 설명되어 있습니다 루 (BPY) 3 2 +의 독특한 분광 서명. 이 IR 기능이 유기 금속 이온 122123에 대해 이전에 할당 된 값과 잘 일치합니다. (1,042센티미터 -1;; 1,570 1,606)와 CCH는 굽힘 관찰 된 진동 주파수의 부족, CC 스트레칭 (1,466, 1,450, 1,420, 1,257, 1천1백86cm -1) 대역뿐만 아니라 1,549에서 CN 스트레칭의 IR 서명 cm -1 루 (BPY) 3 2 +의 분자 구조의 고유 한 기능으로 할당됩니다. 이온을 수행 할 때연착륙 실험은, 그것이 증착 종의 신원을 확인하기 위해, 이온 표면의 상호 작용으로 인해 발생할 수있는 구조의 가능한 변화에 대한 통찰력을 얻기 위해 분광 기술을 사용하여 표면을 특성화하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 현장에서 소프트 랜딩 기기 TOF 및 FT-ICR-SIMS를 사용하여 그 시스템에 대해 수집 한 광범위한 정보에 기여하는 가치있는 자원이 될 증명 IRRAS.

그림 1
. 그림 1 도식 TOF-SIMS에 결합 된 이온 증착 장비의 그림 : I, 이온 깔때기 지역 (7 × 10-1 토르). II, 충돌 극 지역 (1 × 10-1 토르). III, 대량 선택과 집중 지역 (2 × 10 -4 토르). IV, 증착 재기온 (1 × 10-6 토르). (1) 가열 된 모세관, (2) 전기 역학적 이온 깔때기, (3) 우선 컨덕턴스 한계 (4) 우선 순위 충돌 중극, (5) 제 컨덕턴스 한계 (6) 해결 극 (7)이 포커싱 렌즈 (8) 두 번째 충돌 극, (9) 세 번째 전도 제한, (10) 아인 젤 렌즈 (11) (12) 두 아인 젤 렌즈 (13) 대상 플랫폼 (14) 표면 실장 (15) 자기 번역, 벤더를 중극. 이 그림에서 수정 된 [분석 화학 2010, 82 (13), 5718-5727]을. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 2
그림 2. TOF-SIMS 스펙트럼 (m / z 690-740).) MAS 후 획득COOH-SAM의 표면에 루의의 - 선택 증착 (BPY) 2 + (블랙) 및 루 (BPY) 3 2 + (적색), B) O 2에 노출 된 후 및 C) C 2 H에 노출 된 후 4. 이 그림은 [화학 - 유럽 저널 2010 년 16 (48), 14433-14438]에서 수정되었습니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 3
그림 3. COOH-SAM은 기상 스트립 리간드와 대량 선택 이온 소프트 랜딩 (soft landing)을 통해 표면에 루 (BPY) 2 +의 고정의 도식 표현.이 그림은 [화학 - 유럽 품질에서 수정되었습니다EAN 저널 2010 년 16 (48), 14433-14438]. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 4
그림 4. FT-ICR은 운동 플롯을 SIMS. 루 (BPY) 3 2 + (m / z = 285, 검은 색 사각형), 루 (BPY) 3 + (m / z = 570, 파란색 삼각형)와 루 (BPY에 대한 획득 ) 2 + (m / z = 414, 빨간색 점) COOH-SAM의 표면에 루 (BPY) 3 2 +의 연착륙 다음. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오 .

그림 5 그림 5. IRRAS ~ 5 × 10 12 루 (BPY) 소프트 COOH-SAM의 표면에 착륙 3 2 + 이온이. 루 (BPY)에 할당 된 주요 진동 기능이 3 2 +는 별표로 표시됩니다의 스펙트럼. 클릭 여기에 더 큰 이미지를 볼 수 있습니다 .

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Discussion

대량 선택 이온의 연착륙은 일반적으로 특별히 이러한 실험에 장착되어 전 세계의 여러 실험실에 존재하는 독특한 맞춤형 장비를 채용 실시된다. 수정은 끊임없이 연착륙를 다중화함으로써 표면에 서로 다른 위치에 여러 종의 동시 증착을 달성하기 위해,보다 큰 이온 전류와 짧은 증착 시간을 달성하기 위해, 화합물의 넓은 배열의 이온화를 촉진하기 위해이 기기에 제로로되는 질량 - 대 - 전하 비 이온 이동성 종래 증착 모두에 의해 이온의보다 정확한 선택을 허용한다. 비슷한 방식으로, 특성화 기술의 끊임없이 변화하는 라인업은 증착 된 물질의 현장 분석을 가능하게하는 이온 소프트 랜딩 기기와 결합되고있다. 개별 악기 사이의 이러한 차이에도 불구하고, 부드러운 착륙 실험에서 발생하는 가장 일반적인 문제 중 하나는 할 수 없다는 것입니다표면 행 악기의 소스 영역에서 대량 선택된 이온 충분히 강하고 안정된 빔. 이것은 소스에서 불량 이온화 효율 인해 발생할 수있는, 부적절 장비를 통해 이온을 조종 전압을 조정하고, 표면 및 전위계 사이에 전기적 도통 불량이 부드러운 착륙 이온 전류를 측정하는 데 사용했다. 이러한 번거로운 상황에서, 이온 빔은 수동으로 제 악기의 초기 단계에서 측정 된 이온 전류를 최대화하고 체계적 전체 빔 경로를 따라 각각의 후속 광학 측정 전류를 최적화함으로써 장비를 통해 라우팅 될 수있다. 부드러운 착륙 재료의 현장 분석 중 발생하는 일반적인 문제는 외래 탄화수소 오염 물질 분자의 큰 배경 신호를 포함한다. 이러한 이유로 표면을 신중하게 준비하고 각 연착륙 실험을 재현하기 전에하는 것이 중요합니다.

그래서질량 선택된 이온 피트 착륙 현장에 의해 후속 분석을 위해 매우 잘 정의 된 표면을 준비하기 위해 사용될 수있다 SIMS 및 IRRAS 분광법뿐만 아니라 추가의 EX 시츄 현미경 및 분광 기법 (6)의 전체 호스트. 질량 선택은 부드러운 착륙 물질의 분자 성분과 이온 충전 상태를 정밀하게 제어 할 수 있습니다. 단지 질량 선택된 이온하에 기판으로 전달 될 수 있도록 이러한 용액에 존재하는 중성 분자, 반대 이온과 용매로서 일반적인 오염물이 종래 증착 이온 빔으로부터 제거되기 때문에 한층없는 표면 청결도 이온 연착륙으로 얻을 수있다 멸균 진공 상태. 표면에 이온 따르면 정중 부드러운 착륙 이온 전류를 모니터링하고 이에 따라 성막의 길이를 변화시킴으로써 제어 될 수있다. 이온의 운동 에너지는 연착륙 조건을 달성하기 위해 감소되거나 반응 촉진하기 위해 증가 될 수있다필자는 표면 (22)에 공유 결합의 형성 (14) 또는 이온의 "피닝"를 통해 방문.

현장에서 TOF-SIMS, 다른 FT-ICR-SIMS 기법에 비해 일반적으로 민감도, 큰 동적 범위, 스퍼터링 이차 이온의 작은 조각, 및 보조 이온의 깃털에 스퍼터링 재료의 적은 반응에 의해 특징입니다. 더 큰 동적 범위와 TOF-SIMS의 높은 감도는 표면에 이온 소프트 랜딩 (soft landing)에 의해 생성 된 미량 종의 검출을 가능하게합니다. 반응계에서 사용하는 TOF-SIMS는 단분자막 표면에 부드러운 착륙 이온 및 개별 분자 사이에 형성되는 부가 물을 식별하는 것이 가능하다. 또한, 현장에서 TOF-SIMS는 기체 상 충돌 유도 해리에 의해 제조 undercoordinated 이온이 완전히 결찰 이온보다 표면 고정화으로 더 활성화 될 수 있다는 것을 보여줍니다. 이들 undercoordinated 금속 이온 번째에 존재하지 않는다는 것을 주목해야한다따라서, 전자의 용액 상과, 소프트 랜딩 계측 기능을 사용하여 제조 및 TOF-SIMS를 사용하여 식별 신규 종을 나타낸다. 의 현장 TOF-SIMS 장비의 또 다른 강력한 기능은 반응 가스의 제어 압력에 표면을 노출하고 이후에 진공을 파괴하지 않고 표면 구성의 변경 사항을 분석 할 수있는 기능입니다.

현장 FT-ICR-SIMS에서, 일반적으로 덜 민감하고 조각 이온과 TOF-SIMS 이상 기체 상 이온 - 분자 반응의 제품의 다소 높은 금리에 발생하기 쉬운 표면의 구성을 모니터링 할 수있는의 추가 기능을 제공하면서 둘 중 여러 시간에 걸쳐 부드러운 착륙 후. 이 정보는 표면 전하와 이온​​의 탈착의 감소 등의 과정을 이해하는 것이 중요합니다. 예를 들어,이 악기는 두 개의 서로 다른 이온 사이의 산화 환원 화학 일어나는을 모니터링 이전에 사용 된소프트 같은 SAM에 (80)에 도착했다. 또, 곱셈 양성자 펩티드 이온의 전하 감소 및 탈착 동역학은 또한이 기기를 이용하여 연구되었다 및 데이터는 시간 경과의 SAMs의 표면에 다른 청구 종의 진화를 나타내는 동역학 모델을 생성하기 위하여 적용되었다.

현장 IRRAS에 채용, 표면에 부드러운 착륙 이온에 대한 구조 정보는 이온 증착 과정에서 자신의 무결성을 유지하는 것이 확인 얻을 수있다. 이는 적외선 기체 상 및 용액 상에 분광뿐만 아니라 이론적 모델링을 사용하여 계산 된 IR 스펙트럼에 의해 얻어진 이전의 스펙트럼을 가진 표면에 이온의 측정 된 적외선 스펙트럼을 비교함으로써 달성된다. 증착 된 샘플의 측정 된 진동 기능이 공지 된 구조 정보를 비교함으로써, 기체 상 구조 변화가 식별 될 수있다. 또한, 이온 - 표면 상호 작용에 대한 통찰력은있을 수 있습니다연착륙의 과정 동안 강도 증가 진동 기능의 관찰에서 certained. 이러한 관찰은 표면에서 새로운 결합의 형성과 일치한다. 비슷한 맥락에서, 연착륙 과정에서 진동 감소 기능이 결합적인 반응을 나타낼 수있다.

표면에 고순도의 박막 제어 준비 재료 과학 및 미세 124 다양한 응용 프로그램이 필요합니다. 현재, 얇은 유기 필름, 하이브리드 유기 - 무기 인터페이스의 준비를위한 인기있는 방법은 분자와 125,126을 표면 사이에서 발생하는 자기 제한 계면 반응에 따라 분자 층 증착 (MLD)입니다. MLD는 증착 프로세스 동안 상당한 제어를 가능하게하고, 따라서, 일반적으로 용액 상 방법 (127)에 비해 표면에 높은 품질의 필름을 생성한다. 그럼에도 불구하고, 광범위한 콤에도 불구하고MLD의 rcial 사용은,이 기술은 최근 출판 128에서 검토 된 몇 가지 주요 제한으로 고생하는 것으로 알려져 있습니다. 가장 중요한 것은, 의한 MLD는 기상에서 중성 분자의 증착에 의존한다는 사실로는 화합물의 열적 열화를 발생시키지 않고 효율적으로 증착 속도를 수득하기에 충분한 증기압을 열적으로 안정한 반응물에 한정된다. MLD의 또 다른 한계는 고체 지지체와 분자의 반응성이 크게 용매없이 감소 될 수 있다는 사실로부터 유래한다. 표면 상에 대량으로 선택 이온 소프트 랜딩은 MLD의 이러한 주요 한계를 극복한다. 첫째, 부드러운 이온화는 고용 전자 분무는 분열 또는 저하를 유발하지 않고 매우 낮은 변동성이 큰 열적으로 불안정한 분자의 이온을 생성 할 수있다. 또, 비 열 이온 소스는 Therma에서에 민감하지 않은 동종 또는 이종 클러스터 및 나노 입자의 범위를 생성하기 위해 사용될 수있다L 휘발. 또한, 이온 계면 반응과 관련된 잠재적 인 장벽을 극복하는 데 필요한 운동 에너지로 증착하기 전에 가속 할 수있다.

대량 선택 이온의 연착륙은 특히 복잡한 분자, 클러스터 및 기판에 나노 입자의 제어 고정에 적합합니다. 그러나,이 기술 자료의 상업적 규모의 준비로 인해 ESI 얻은 전형적인 이온 전류가 현재 기존의 마이크로 및 나노 제조 방법에 사용보다 낮은 몇 배는 사실로 제한됩니다. DC 및 43,65,133-135 스퍼터링 RF 마그네트론에 따라 밝은 높은 전송 ESI 소스 129-131, 높은 파워와 빠른 반복 속도 펄스 레이저 소스 25132 및 지속적인 소스의 개발을 지속하는 강력한 도구에서 연착륙 전환을위한 중요한 전제 조건입니다 실용적인 접근 방식에 기초 과학에서미세하십시오. 장래에, 이온 이동성 분리 113 연착륙을 조합하여 기본 및 실제 응용뿐만 아니라의 이차 구조의 다른 표면의 영향을 조사하기 위해 둘 다 중요 복잡한 이온 이차 구조 모두의 정확한 제어를 용이하게 고정 이온. 또한, 소프트 랜딩 계측의 고유 한 기능이 용액에 합성을 통해 수득되지 않는 신규 한 종을 발생하도록, 어느 충돌하는 작은 조각 또는 이온 분자 반응을 통해, 기체 상에 분자를 조작하는 데 사용된다.

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Disclosures

저자가 공개하는 게 없다.

Acknowledgments

이 연구는 기초 에너지 과학의 사무실, 화학 과학, 미국 에너지 부 (DOE)의 지구 과학 및 생명 과학 부문에 의해 투자되었다. GEJ는 라이너스 폴링 친목과 퍼시픽 노스 웨스트 국립 연구소 연구실 감독 연구 개발 프로그램 (PNNL)의 지원을 인정합니다. 이 작품은 EMSL, 생물 환경 연구의 사무실과 에너지의 부에 의해 후원 PNNL에 위치한 국립 과학적인 사용자 기능을 사용하여 수행 하였다. PNNL은 미국 DOE에 Battelle에 의해 운영되고 있습니다.

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  

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References

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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).

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