Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Kütle-Seçilen İyonlar Yumuşak İniş Hazırlayan İyi tanımlanmış Yüzeyler Yerinde SIMS ve IR spektroskopisi

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

Summary

Yüzeylere kitle seçilmiş iyonları yumuşak iniş yeni malzemelerin son derece kontrollü hazırlanması için güçlü bir yaklaşımdır. Yerinde ikincil iyon kütle spektrometresi (SIMS) ve infrared yansıma absorpsiyon spektroskopisi (IRRAS) Yazan analizi ile birleştiğinde, yumuşak iniş yüzeyler ile iyi tanımlanmış türlerin etkileşimleri içine görülmemiş anlayışlar sağlar.

Abstract

Yüzeyleri üzerine kütle seçilen iyonlarının yumuşak iniş alışılmış sentez teknikleri kullanılarak erişilemez olan malzemelerin yüksek oranda kontrollü hazırlanması için güçlü bir yaklaşımdır. İkincil iyon kütle spektrometresi (SIMS) ve infrared yansıma soğurma spektroskopisi (IRRAS) kullanılarak yerinde karakterizasyonu ile yumuşak iniş birleştirilmesi temiz vakum koşulları altında iyi tanımlanmış yüzeylerin analizi sağlar. Laboratuvarımızda yapılan üç yumuşak iniş araçların yetenekleri kitle seçilen rutenyum tris yumuşak iniş (bipiridin) dications tarafından hazırlanan yüzeye bağlı organometaliklerin temsilcisi sistemi için gösterilmiştir, [Ru (bpy) 3] 2 + (bpy = bipiridin), üzerine asit.) altın (COOH-SAMs kendini monte tek tabaka yüzeyleri sonlandırılmış yerinde time-of-flight (TOF In)-SIMS yumuşak indi iyonların reaktivitesi içgörü sağlar. Buna ek olarak, yük azalma kinetiği, nötralizasyon ve desorpsiyon sırasında ve iyon yumuşak iniş iyonsiklotron rezonans (FT-ICR)-SIMS ölçümleri dönüşümü yerinde Fourier kullanılarak çalışılmıştır sonra hem COOH-SAM gerçekleşiyor. yerinde IRRAS yılında deneyler metal merkezlerini çevreleyen organik ligandların yapısı nasıl içgörü sağlayabilir COOH-SAM üzerinde organometalik iyonların immobilizasyon yoluyla tedirgin yumuşak iniş tarafından yüzeyleri. Toplu olarak, üç araçlar yüzeyleri üzerinde desteklenen ve iyi tanımlanmış türlerin kimyasal bileşimi, reaktivite ve yapısı ile ilgili tamamlayıcı bilgi sağlar.

Introduction

Yüzeylere kitle seçilmiş iyonları yumuşak iniş nedeniyle yeni malzemeler 1-6 derece kontrollü hazırlanması için tekniğin gösterdi yetenekleri güncel araştırma ilgi konusu olmaya devam etmektedir. Son çalışmalar, yüksek verimli tarama biyolojik 7,8, proteinlerin ayrılması ve peptidlerin konformasyonal zenginleştirme 9-12, kovalent bağlantısı kullanılmak için, peptid ve protein dizileri hazırlanmasında kitlesel seçilen iyonlarının yumuşak bir iniş bölgesinin potansiyel gelecek uygulamalar göstermiştir yüzeyler 9,10,13,14, organik bileşiklerin kiral zenginleşmesine peptidler 15, belirli bir redoks-aktif protein elektrokimyasal karakterizasyonu 16-18, ince filmlerin molekül 19,20 üretimi, bu grafen 21 ve modeli hazırlanması gibi makromoleküllerin işlem iyonik kümelerin 22-39 yumuşak iniş yoluyla katalizör sistemleri, 40-48 ve organometalik co nanopartiküllerdestek malzemeleri 19,49-56 üzerine mplexes. Poliatomik iyonları yumuşak iniş yoluyla yüzeyleri modifiye kavramı ilk 1977 yılında 57 Aşçılar ve işçiler tarafından önerilmiştir. Sonraki yıllarda enstrümantal yaklaşımların geniş bir gaz-kitle-seçilmiş iyonların kontrollü birikimi için geliştirilmiştir üzerine faz 1,4,5 yüzeyleri. İyonlar örneğin elektrosprey iyonizasyon (ESI) 10,58,59, matris destekli lazer desorpsiyon / iyonizasyon (MALDI) 21, elektron impact ionization (EI) 60,61, darbeli ark boşaltımı 62, atıl gaz yoğunlaşma 36 gibi süreçlerle üretilen , 63, 64,65 sıçratma magnetron ve lazer buharlaşma 25,66,67. Gaz-fazı iyonlarının kitle seçimi öncesinde yumuşak iniş için esas kuadropol kütle filtreleri 58,68,69, manyetik sapma cihazları 70, ve doğrusal iyon tuzağı aletleri 8,59 istihdam sağlanmıştır. Özellikle notaiyon yumuşak iniş metodoloji ble avans Aşçılar ve işçiler 71,72 ile ortam iyon yumuşak ve reaktif iniş başarılı bir şekilde uygulanması ile son zamanlarda oluştu. Bu çeşitli iyonizasyon ve kütle-seçim teknikleri kullanılarak, hipertermal yüzeyleri ile (<100 eV) çok atomlu iyonları etkileşimleri daha iyi olarak iyon yumuşak iniş verimliliği ve reaktif ve reaktif saçılma rekabet süreçlerini etkileyen faktörleri anlamak amacıyla çalışmalar yapılmıştır de yüzey olarak disosiyasyona 4,73-75 bağlı.

Araştırma amacıyla, iyi tanımlanmış bir model katalizörlerin hazırlanması kitlesel seçilmiş iyonları 25,34,35,56,76-81 yumuşak iniş özellikle verimli bir uygulama olmuştur. Fiziksel ve kimyasal davranış küme büyüklüğü ile doğru orantılı olarak ölçekli değildir nano kümeleri, boyut aralığı içinde, ya da kümelerden eklenmesi veya tek atomlu çıkarılması ölçüde inci etkileyebilir olduğu ortaya konmuştureir kimyasal reaktivite 82-84. Kuantum doğumdan kaynaklanan bu nano olgu, bir kusur zengin MgO yüzeyinde desteklenen sekiz altın atomlarının (Au 8) yumuşak indi kümelerinden oluşan bir model katalizör için Heiz ve işçiler 85 tarafından inandırıcı gösterilmiştir. Çeşitli ek çalışmalar yüzeylerde 34,77,86,87 desteklenen kümelerin boyutu bağımlı reaktivite kanıt sağladı. Ayrıca, yüksek çözünürlüklü elektron mikroskobu görüntüleri on 88 ve 89 atomları elli beş kadar az ihtiva kümeleri demir oksitler üzerinde desteklenen toplu sentez altın katalizörlerin üstün aktivitesi için büyük ölçüde sorumlu olabileceğini göstermektedir. Kütle seçilen iyonlarının yumuşak inişi istihdam, bu yaygın ve destek malzemesi yüzeyinde 90-92 daha büyük yapılarına aglomerat olmayan boyut seçimine kümeleri ve nanopartiküllerin kararlı diziler hazırlamak mümkündür. Bu önceki çalışmalar göstermektedir ki sürekliliğinden ilegeliştirme ing, kitle seçilmiş kümeler ve nanopartiküller yumuşak iniş yüzeylerde genişletilmiş dizide de aynı kümelenme ve nanopartiküller çok sayıda acil davranışını istismar derece aktif heterojen katalizörlerin oluşturulması için çok yönlü bir teknik haline gelebilir. Bu son derece iyi tanımlanmış sistemleri, küme boyutu, morfolojisi, temel kompozisyon ve yüzey kapsama etkisi katalitik aktivite, seçicilik ve dayanıklılık gibi nasıl kritik parametreleri anlamak için araştırma amaçlı kullanılabilir.

Tipik olarak çözelti fazlı homojen katalizörler kullanılır Organometalik kompleksler, aynı zamanda kütle seçilen iyonlar 56,80,81 yumuşak iniş yoluyla yüzeyler üzerinde hareketsizleştirilebilir. Hibrid organik-inorganik malzemeleri üretmek için katı desteklere iyonik metal-ligand kompleksleri takılması şu kataliz ve yüzey bilim çevrelerinin 93 araştırma aktif bir alandır. Genel amacı yüksek elde etmektirkatalizörler ve çözelti içinde kalan tepkenler ürünlerin daha kolay ayrılmasını kolaylaştırmaktadır çözelti faz metal-ligand kompleksleri, istenen ürün doğru seçiciliği. Bu şekilde, yüzey organometalik kompleksler, homojen ve heterojen katalizörler hem de yarar hareketsiz. Ayrıca, güçlü yüzey immobilizasyon 94 elde ederken muhafaza ya da aktif metal merkezi etrafında, organik ligand bir ortam geliştirmek mümkündür, uygun bir alt-tabaka seçimi yoluyla. Altın kendini monte tek katmanlı yüzeyler (SAMs), bu nedenle, kütle-seçilmiş iyonları 95 yumuşak iniş yoluyla yüzeylere organometalik komplekslerini cepheye fizibilitesini araştırmak için ideal bir sistem farklı fonksiyonel gruplar bir dizi ile sonlandırıldı ve vardır olabilir. Ayrıca, bu tür atmosfer basıncı termal desorpsiyon iyonizasyon (APTDI) iyonlaşma yöntemler gaz fazı karma metal inorganik kompleksleri elde etmek üzere, daha önce ortaya konmuşturçözelti 96 sentez yoluyla erişilebilir olmadığını. Benzer şekilde, bu tür manyetik alanda sıçratma 65, gaz toplama 63 ve lazer buharlaşma 66 gibi non-termal kinetik sınırlı sentez ve iyonizasyon teknikleri de desteklenen yeni inorganik kümeleri ve nanopartiküllere çok yönlü bir rota sağlamak için iyon yumuşak iniş enstrümantasyon ile birlikte olabilir yüzeyler.

Malzemelerin hazırlanması için gelişmiş bir teknoloji haline kütle seçilen iyonlarının yumuşak inişi gelişmeye amacıyla, bilgi analitik yöntemler yerleştirilmesi sırasında ve sonrasında yüzeylerinin kimyasal ve fiziksel özelliklerini araştırmak için yumuşak iniş aletler ile bağlanmış olması önemlidir iyonları. Bugüne kadar, teknik çok sayıda ikincil iyon kütle spektrometrisi (SIMS) 19,97-100, sıcaklık programlı desorpsiyonu ve reaksiyon 50,52, lazer desorpsiyon iyonizasyon ve 1 de dahil olmak üzere, bu amaçla uygulanmıştır01, darbeli moleküler ışın reaksiyon 102, kızılötesi spektroskopi (FTIR ve Raman) 98103104, yüzey Raman spektroskopisi 103.105, kavite zil susturma spektroskopisi 106, x-ray fotoelektron spektroskopisi 35107, taramalı tünelleme mikroskobu 33,108-111, atomik kuvvet mikroskobu 112-114 ve transmisyon elektron mikroskobu 39. Bununla birlikte, en doğru hazırlanabilir ya da iyon yumuşak iniş ile satıhları değişikliğe tabî karakterize etmek için, bu analiz laboratuarda çevreye substratın maruz kalmayan yerinde yapılması çok önemlidir. Yerinde yapılan önceki analizler, zaman 37,38,115,116 üzerinde yumuşak iniş iyonlarının iyonik ücretten düşürülmesi gibi olayların içgörü sağladı, yumuşak desorpsiyon yüzeyler 52 iyonları indi, verimlilik ve iyon reaktif iniş 14,81 kinetik enerji bağımlılığı ve boyut etkisiüzerine bırakılır kümeleri ve nanopartiküllerin katalitik aktivitesinin 117 yüzeyleri. Örnek olarak, laboratuarımızda, sistematik olarak farklı SAMs 3 yüzeylerinde protonlanmış peptitlerin şarj azalma kinetik inceledik. Bu deneyler bağlanmış özel bir yumuşak iniş alet ile yapıldı, bir Fourier sırasında ve iyonların 97 yumuşak iniş sonrasında yüzeyler in situ analizi sağlar iyon siklotron rezonans sekonder iyon kütle spektrometresi (FT-ICR-SIMS) dönüşümü. Bu analitik yetenekleri üzerine genişletmek için, başka bir enstrüman IRRAS 104 kullanarak yüzeylere yumuşak indi iyonların yerinde karakterizasyonu sağlayan inşa edilmiştir. Kompleks iyonların ve yüzey tabakaları yapı değişiklikleri sırasında ve yumuşak iniş 12 sonra her ikisi de gerçek zamanlı olarak izlenebilir olarak bu yüzey duyarlı kızılötesi tekniği yanı sıra bağ oluşumunu ve imha işlemleri sağlar. Örneğin, IRRAS kullanılarak olduiyon yumuşak iniş kovalent N-hidroksisüksinimidil ester işlevselleştirilmiş SAMs 13,14 kitle seçilmiş bir peptidler immobilize etmek için kullanılabilir olduğunu göstermiştir.

Bu yazıda, in situ TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS in için tasarlanmıştır Pacific Northwest National Laboratory bulunan üç benzersiz özel yapılmış araçların yeteneklerini göstermek, ve kitle seçilmiş iyonları yumuşak iniş yoluyla üretilen yüzeylerde IRRAS analizi yüzeylere. Temsili bir sistem olarak, biz hareketsizleştiriîmiş organometalik kompleksleri hazırlamak için kitle seçilen organometalik rutenyum tris (bipiridin) dications yumuşak iniş için sonuçlar [Ru (bpy) 3] 2 + karbonik asit üzerine sonlandırıldı SAMs (COOH-SAMs) sunuyoruz. Bu yerinde TOF-SIMS sadece önceden olabilir reaktif ara dahil olmak üzere düşük bolluk türlerinin tanımlanmasını kolaylaştıran son derece yüksek hassasiyet ve geniş dinamik aralık genel avantajlar sunduğunu gösterilmiştiryüzeyler üzerinde kısa bir süre için gönderdi. TOF-SIMS de önce yumuşak iniş için gaz fazında, bir organometalik iyonunun bir ligandın kaldırılması, yüzeyler üzerinde immobilizasyon doğru verimliliğini ve gaz moleküllerinin yönelik kimyasal reaktivite nasıl etkilediğini görmemizi sağlar. In situ IRRAS etkileyebilir yüklü metal merkezleri, çevreleyen organik ligandların yapısı problar ise FT-ICR-SIMS yerinde kullanılarak tamamlayıcı karakterizasyonu yük azaltma, nötralizasyon ve yüzeydeki çift yüklü iyonların kinetik desorpsiyonu içine bilgiler sağlar Elektronik özellikler ve hareketsizleştirilmiş iyonların reaktivite. Toplu olarak, Sims ve IRRAS ile in situ analizi ile birlikte kitlesel seçilmiş iyonlarının yumuşak iniş iyi tanımlanmış türlerin ve bilimsel çalışmaların geniş bir aralığı için etkileri yüzeyleri arasındaki etkileşimler hakkında fikir sağladığını gösterir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1.. Kütle-seçilmiş İyonlar Yumuşak İniş için Gold COOH-SAM Yüzeyler hazırlanması

  1. Silisyum (Si) veya mika destek malzemeleri üzerine düz altın yüzeylerde edinin. Seçenek olarak ise, literatürde 118119 de anlatılan prosedürlere göre, Si ya da mika yüzeyler üzerinde altın film hazırlayın. Not: Aşağıdaki özelliklere sahip yüzeyler Kullanımı: 1 cm 2 veya dairesel ve çapı 5 mm, 525 mikron kalınlığında Si tabakası, 50 Å kalın Ti yapışma tabakası, 1.000 Å Au tabakası.
  2. Cam sintilasyon şişelerine taze altın-on-silikon yüzeyler yerleştirin ve saf (doğallığı bozulmamış) etanol bırakın.
  3. Ultrasonik temizleme, etanol içine daldırıldı altın yüzeyleri ihtiva eden sintilasyon şişeleri yerleştirin ve herhangi bir yüzey artığın ayrılması için 20 dakika süre ile yıkayın. Not: Bu mika destek malzemeden altın filmi ayırmak gibi ultrasonik mika yüzeylerde altın yıkamayın.
  4. Akıntısı ile şişelerin ve kuru ikinci yıkanmış altın yüzeyleri kaldırmaetanolden herhangi bir kalıntı lekelerin oluşumunu önlemek için saf N2.
  5. Kurutulmuş altın yüzeyleri temiz bir ultraviyole (UV) yukarı bakacak şekilde yerleştirin ve yüzey organik maddeleri uzaklaştırmak için 20 dakika boyunca ışın tedavisi.
  6. Cam sintilasyon şişelerine olarak, non-denatüre etanol içinde bulunan 16-mercaptohexadecanoic asit (COOH-SAM) 1 mM çözelti 5 ml hazırlar.
  7. Moleküllerin karboksilik asit gruplarının, protonasyon sağlamak üzere, etanol içinde% 1 HCI nihai bir konsantrasyona kadar hidroklorik asit ilave edin.
  8. Sıra, yıkanır, kurutulur ve UV-temizlenmiş yüzeyler altın tüm altın yüzeyi tamamen, her şişe içine daldırılır sağlanması COOH-SAM çözeltiler içine karşı karşıyadır. Altın tek tabaka yüzeylerinin (folyo şişe sarmak) karanlıkta en az 24 saat boyunca monte izin verin.
  9. Etanol içinde% 1 HCI, 5 ml ihtiva eden yeni bir sintilasyon şişelerine COOH-SAM çözümler ve yerden yüzeyleri çıkarın. Ultrasonik olarak SAM bir physisorbed molekülleri fr kaldırmak için 5 dakika boyunca yıkama yüzeyleritek tabakalı yüzey om.
  10. Flakonlarından yıkandı yüzeyleri çıkarın ve etanol içinde% 1 HCI birkaç 1 ml aliquot ile yıkayın. Kuru COOH-SAM N2 akışı altında yüzeyleri.
  11. Temiz metal forseps kullanma ve eldiven her yumuşak iniş alet sürecinde ön bakan altın yüzeye dokunmamaya özen ile uyumlu bir üç metal örnek bağlar üzerine SAM yüzeye yerleştirin giyiyor. Yüzey sıkıca yerinde ve yüzeyin arka tarafı ile metal numune montaj arasında kuvvetli bir elektrik temas olduğu sabit olduğundan emin olun.
  12. Yumuşak iniş aletleri (her biraz farklıdır) yük kilidi örnek giriş yetenekleri istihdam, yumuşak iniş odasından enstrümanın örnek giriş bölgesini ayıran kapı vana kapalı olduğundan emin olun. Turbomoleküler vakum pompası ve iyonizasyon basınç göstergesi ve closi kapatarak atmosferik basınca örnek giriş haznesi yukarı getirforeline mekanik bir vakum pompası valf ng.
  13. Numune giriş odasının, atmosfer basıncı, numune kapıyı açmak ve sıkıca enstrümanın içindeki manipülatör (xyz aşamalı ya da z-çevirmen) için numune tutucu olarak güvenceye ulaştığında. Kapıyı kapatın ve foreline mekanik vakum pompası vanasını açın. Numune giriş bölmesi 10 -3 Torr bir basınç ulaştığında, turbomoleküler vakum pompası ve iyonizasyon manometre açın.
  14. Numune giriş bölmesi 10 -5 Torr bir basınç ulaştığında, yumuşak iniş odasına vanayı açın. Yumuşak inişi başlamak için iyon demetiyle paralel olarak SAM yüzeyi konumlandırmak için manyetik manipülatör xyz veya aşamalı kullanın.

COOH-SAM Yüzeyler üzerine Kütle-seçilmiş Ru (bpy) 3 2 + 2. Yumuşak İniş

  1. Elde tris (2,2 '-bipiridil) dikloro-rutenyum (II) bir katı hekzahidrat. Cr için saf metanol içinde kırmızı kristaller çözülür10 -3 M. bir konsantrasyon ile stok çözümleri eate Kütle seçilmiş Ru (bpy) 2 3 + m / z = 285, optimum elektrosprey iyon akımı elde etmek için, metanol ile, 10 ya da 100 ya da bir faktör ile stok çözelti seyreltin.
  2. 1 ml'lik bir cam şırınga seyreltilmiş çözümleri yerleştirin. 360 mikron dış çapa 80 pozitif iyonları oluşturmak için 2-3 kV arasında bastırılmaktadır um iç çap eritilmiş silis kılcal yoluyla çözüm aşılamak için, bir şırınga pompası kullanın. Yüzeyde optimum iyon akımı ve stabilite elde etmek için 20-40 ul / saat arasında, şırınga pompa akış hızını ayarlayın.
  3. Ru (bpy) kütlesine dört kutuplu kütle-filtre ayarlama yüzeyi üzerine Ru (bpy) 2 + 3 dışındaki türlerin yumuşak inişi önlemek için 3 2 + iyon m / z = 285. Elektrometre bir vakum aracılığıyla alt-tabakaya bağlanan bir yüksek direnç kullanarak elektrik feed-through ayarlamak gerilim iyon optik ayarları veRadyofrekans iyon 3 2 + SAM yüzeyinde ölçülen Ru (bpy) iyon akımını ve stabilitesini artırmak için yönlendirir. Deney COOH-SAM yüzeyinde iyonların istenilen kapsama elde etmek için, seçilmiş bir zaman süresi için çalışmasına izin verir.
  4. Çarpışmanın neden olduğu ayırma yoluyla organometalik iyondan sıyırma gazı faz ligand etkinleştirmek için sert koşulları yaratmak için yumuşak iniş araçların yüksek basınç çarpışma dört kutuplu bölgenin potansiyel gradyanı arttırın. Not:. Da Şekil 1'de sunulan diğer iki aracın, erken aşamalarında temsili üç yumuşak iniş aletleri, birinin şematik diyagramı inceleyin Ru (bpy) ve parçalanma 3 2 + iyonu oluşur 4. bölge. Ru (bpy) için bir bipiridin ligandı çıkarmak için elektrodinamik iyon hunisinin arka plakaya uygulanan gerilimi artırmak 3 2 + m / z = 285 üreten gazfaz Ru (bpy) aletin 81 bölgesinde 4 2 2 + m / z = 207. Kütle COOH-SAM üzerine alet ve yumuşak toprak bölgesinde 6'da dört kutuplu kütle filtresi kullanılarak yüksek reaktif undercoordinated fragmanı iyon seçmek ligasyon ölçüde desteklenen organometalik iyonlarının özelliklerini nasıl etkilediğini incelemek yüzeyleri.
  5. Kütle seçilmiş Ru (bpy) akımı, en üst düzeye çıkarmak için, dört kutuplu çubuklar uygulanan DC gerilim hem de iletkenlik sınır yüzeyinde 2 2 fragmanı + iyonları da dahil olmak üzere çevre iyon optik, ayarlayın.

Yerinde TOF-SIMS önceki ve Reaktif Gazlar maruz kaldıktan sonra 3. Analizi

  1. ESI emitöre şırınga pompası ve yüksek gerilim kapatın. Operasyon sırasında aletin iki bölge ayıran kapı vanasını açın. Analiz aşamasına yumuşak iniş odasından hazırlanmış bir yüzey içinde hareket manyetik manipülatör kullanınenstrümanın TOF-SIMS parçasıdır.
  2. Numuneden manipülatörünü devreden çıkarın ve SIMS analizi odasından tam olarak geri çekin. TOF-SIMS enstrümanın yumuşak iniş bölgesinde çok daha düşük bir basınçta çalışır, çünkü yumuşak bir iniş ve aletin SIMS parçaları arasındaki vanayı kapatın.
  3. TOF-SIMS deney yapmak için, yazılım enstrüman kontrolü dosya yüklemek ve Ga + kaynak birincil iyonları yeterince stabil bir akım üreten emin olun. Not: Yumuşak desorpsiyonunu ikna etmek için 15 keV birincil galyum iyonları (Ga +, 500 pA, 5 NSEC darbe genişliği, 10 kHz tekrarlama oranı) İstihdam yüzeylerinden malzemeyi indi. Üç ayrı elektrostatik sektör oluşur kütle analizörü, içine püskürtülen ikinci yüzeyden iyonları ekstrakte edin.
  4. (Tipik olarak yüzeyi merkezinde alt-tabaka üzerinde biriken iyonların nokta merkezini belirlemek için yüzeyi boyunca x-ve y-ekseni hattı profilleri kazanınnd çapı 3 mm). Ga + primer iyon ışın iyonlarının biriken nokta ortasına üzerinde doğrudan yer almaktadır, böylece yüzey yerleştirin. 5 dakika boyunca bir TOF-SIMS Kütle spektrumu elde edin.
  5. Birincil Ga + iyon demeti ve TOF-SIMS yüksek gerilim kapatın. Geri aletin yumuşak iniş kısmına örnek taşımak için manyetik manipülatör kullanın. Iki odayı ayıran kapı valf daha fazla ilerlemeden önce kapalı olduğundan emin olun.
  6. Alet bir silindirden, çok yüksek saflıkta oksijen (O 2) gaz kontrollü bir akış tanıtmak için yumuşak iniş bölmesi üzerinde yüksek vakumlu bir sızıntı valfi kullanın. Yumuşak iniş bölmesi içindeki O 10 -4 2 Torr'luk bir kalıcı-hal basınç elde etmek için pompanın pompalama hızını kısma turbomoleküler vakum pompasının önünde ayarlanabilir kapı valf kullanır.
  7. 30 dakika boyunca, O ila 2 yüzeyin maruz bırakıldıktan sonra inci üzerinde vanayı açmak üzere sızıntı valfi kapatmakE turbomoleküler vakum pompası ve geri kalan O 2 uzağa pompalamak için izin verir. Odacık içindeki basınç azalmıştır sonra, aletin SIMS kısmına vanayı açıp TOF-SIMS analiz ikinci tur için analiz platformunda yüzeyi konumlandırmak için manyetik manipülatör kullanın.
  8. Vanayı açmak ve 30 dakika boyunca 4 ° C, 2 saat 10 Torr -4 maruz kalma back yumuşak iniş odası içindeki yüzeyi konumlandırmak, bölme 3,3-3,4 de tarif edildiği gibi, ikinci TOF-SIMS spektrumu elde edildikten sonra. Yukarıda açıklandığı gibi yine bir SIMS analizi yapın.

Yumuşak İniş Sırasında ve Sonrasında Yerinde FT-ICR-Sims 4. Analizi

  1. SAM Bölüm 1 'de tarif edilene benzer bir şekilde, ancak dairesel yüzeylerde çapı 5 mm üzerindeki in situ FT-ICR-SIMS alet ile deneyler için yüzeyleri hazırlayın. Not: Bir altın kaplamalı silikon gofret lazer kesim (5 nm krom yüzeyler kullanınyapışma tabakası ve kristalli buhar çökelmiş altın 100 nm). En önemli fark, FT-ICR-SIMS enstrüman yüzey süperiletken mıknatısın delik içine yerleştirilmiş olduğunu farkında olun. Mıknatısın varlığı yüzeyleri ICR hücrenin arka plaka ve güvenli bir şekilde ayarlanabilir konumlandırılmasını sağlayacak bir 5 ft kılavuzu z-çevirmen sonunda yerleştirilmesini gerektirir.
  2. Yük kilit arayüzü kullanarak, 6 Tesla mıknatısın içinde bulunan ICR hücrenin arka yakalama plakasına dairesel SAM yüzeye yerleştirin. Not: Bu alet iyon-yüzey etkileşimleri 97120 eğitim için yapılandırılmış bir özel tasarlanmış 6-Tesla FT-ICR kütle spektrometresi olduğunu unutmayın.
  3. Bölüm 2'de tarif edilene benzer bir şekilde, FT-ICR-SIMS aygıtının iyon yumuşak iniş kısmına çalıştırın.
  4. Yüzeyi sputter 8 kV Cs + primer iyonları sürekli bir kiriş oluşturmak için bir sezyum iyon kaynağı kullanarak birnd iyon yumuşak iniş sonra.
  5. Yumuşak iniş için iyonları oluşturmak için ana araç eksenine doğru 90 ° yerleştirilmiş ESI kaynağını yararlanın. Kuadrupol 120 eğilme 90 ° iyonları odaklanın. Not: Bu alet geometri Ru (bpy) böylece sırasında ve iyon bırakma sonrasında yumuşak iniş işleminin izlenmesi sağlayan yüzeye birincil Cs + iyon ışınının 3 2 + ve iletim aynı anda yumuşak inişi kolaylaştırır edin.
  6. Trap ve FT-ICR-MS kullanılarak yüzeye püskürtülen sekonder iyonları analiz. Not: için son bu deneyler için yaklaşık 10 10 iyonları / cm 2 (şimdiki 4 nA, süresi 80 mikro-saniye, spot çapı 4.6 mm, spektrum başına 10 çekim, ~ 200 veri noktaları) toplam iyon akı gelen statik SIMS şartlarını Istihdam yaklaşık 7 saat. ~ 10 saniye arasında bir edinim süresine tekabül 10 çekim üzerinde her SIMS spektrumu ortalama.
  7. SAM yüzeyler tah örnekleyerek kinetik verilerin Edinmeiyon bırakma sırasında ve sonra yaklaşık 7 saat boyunca her 4 dakikada ce.
  8. Literatürde 121 açıklanan otomatik modüler veri kontrol sistemini kullanarak veri toplama ve araç kontrolü gerçekleştirin.

Yumuşak İniş Sırasında ve Sonrasında Yerinde IRRAS In tarafından 5. Analizi

  1. . SAM bölümünde 1 'de tarif edilene benzer bir şekilde in situ IRRAS araç olarak bir not ile deneyler için yüzeyleri hazırla: unutmayın ki z-çevirmen ile yüzeyin tam konumlandırılması IRRAS alet sonuçlar ile en büyük farkı parabolik aynalar odak noktasında ve iyon demetinin doğrultusunda alt-tabakanın bulmak için gerekli. Kızılötesi ışın ve yüzeyde biriken iyonların nokta arasındaki örtüşme en üst düzeye.
  2. Sıvı azot ile donatılmış bir FTIR spektrometre kullanılarak bir otlatma-insidans geometri IRRAS deneyler cıva-kadmiyum-tellür (MCT soğutmalı) Dedektörü.
  3. Bir parabolik altın ayna üzerine FTIR spektrometre çıkarken ışığı yönlendirmek için bir altın kaplı düz ayna yararlanın. Parabolik ayna bir viewport ile orta-kızılötesi tel ızgara polarizörden yoluyla ve vakum odasına ışığı yansıtır.
  4. Vakum odasının içine yerleştirilmiş olan COOH-SAM yüzeyi üzerine spektrometreye gelen kızılötesi ışık Doğrudan. Not: Vakum odasında bulunan iyon yumuşak iniş sırasında -5 10 Torr arasında bir basınçta tutulur.
  5. Motor tahrikli z-çevirmen kullanılarak birinci parabolik aynanın odak noktasında vakum bölmesinin içindeki altın yüzeyi üzerinde yansıtıcı SAM yerleştirin.
  6. IR ışığı ikinci bir görünüm ile SAM yüzeyinden ve odanın dışına çıkması için vakum odasına giren yansıtmaktadır. Bir MCT detektörü üzerine yüzeyinden yansıyan ışığı odaklamak için bir ikinci parabolik altın ayna kullanın.
  7. N2 ile vakum odasının dışında IR ışınının yolu temizleyin.
  8. Acçökelmesi sırasında belirli aralıklarla forma spektrumları.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

1.. Situ TOF-SIMS In kullanma COOH-SAMs on Ru reaktivitesini (bpy) 2 + 3 Araştırılması

Işlevselleştirilmiş SAMs üzerine kütle seçilen organometalik iyonlarının yumuşak iniş ilk kez maruz kaldıktan sonra çökelen iyonlar ve tek tek moleküller mono tabakaları, hem de kimyasal reaksiyonların herhangi bir ürün arasında oluşan adüktlerinin saptanması doğru en yüksek duyarlılığı temin etmek üzere in situ TOF-SIMS kullanarak görüntülenmiştir Reaktif gazlar için yüzeylerin. Çift yüklü Ru (bpy) 2 + 3 iyonu, metanol içinde katı faz tris dağılması ve ayrışma (2,2 '-bipiridil) için diklororutenyum (II) heksahidrat kristaller kaynaklanmaktadır. Ru (bpy) 2 3 + m / z = 285 ZORLUTUNA çözeltinin elektrosprey iyonizasyonu üretilen en bol iyonudur tarifnamede anlatılan temsili yumuşak iniş deneyler için seçilmiştir. Undercoordinated Ru (bpy) 2 2 + iyons her tam bağlandı Ru (bpy) itibaren bir bipiridin bağın parçalanması ile hazırlanan 3 2 + iyonu. Bu, Şekil 1 'de şematik olarak gösterilen yumuşak iniş aletin ilk kuadruple bölgesinde gaz fazı çarpışma kaynaklı-ayrışma ile indüklenir. Bir iyon yaklaşık 100 pA mevcut ve 60 pA COOH-SAM yöneltildiği için yüzeyler 30 ve 45 Ru dak (bpy) 2 + 3 ve Ru (bpy) çap olarak yaklaşık 3 mm dairesel bir noktaya 5 x 10 11 kitlesel seçilmiş iyonların toplam teslim tekabül eden sırasıyla 2 2 +,. Yüzeyi yaklaşan iyonların kinetik enerjisi, ikinci çarpışma dört kutuplu uygulanan potansiyel (bkz. Şekil 1) ve yüzeyi ayarlanması ile belirlenir. Kinetik enerji in situ TOF-SIMS aparatı kullanılarak yapılan yumuşak iniş deneyler için tüm yük başına yaklaşık 10 eV ayarlanır.

5 x takiben yumuşak iniş10 11 sağlam Ru (bpy) 2 + 3 iyonları, COOH-SAM yüzeyi üzerine, mevcut olmayan yeni tepe noktaları bir dizi önceki TOF-SIMS spektrumlarında belirgin hale çökelmeye. Sağlam çift yüklü Ru (bpy) 2 + 3 m / z = 285 ve tek başına karşılık gelen izotopik zarf 3 + m / z = 570 üzerine COOH-Ru (bpy) 2 + 3 yumuşak inişi aşağıdaki gözlenir Ru (bpy) şarj SAM yüzey. Bu türlerin nispi bolluk Ru iyonik şarj bu azalma Ru (bpy) ve (bpy) 2 3 + 3 + COOH-SAM yüzeyi üzerinde hızlı bir şekilde gerçekleşir göstermektedir. Başka bir izotop zarf fragmanının Ru (bpy) 2 + karşılık gelen m / z = 414 de mevcuttur. Tek yüklü Ru (bpy) için bir bipiridin ligandın kaybından kaynaklanır Bu tek yüklü iyon, 3 +, büyük olasılıkla Ru (bpy) ayrışması ile oluşturulur 3+ TOF-SIMS tarafından analizi sırasında. Bunun aksine, TOF-SIMS spektrumu fragmanının yumuşak inişi aşağıdaki elde edilen Ru (bpy) 2 2 + sağlam kompleksine ilişkin karakteristik tepelerin herhangi biriyle (örneğin, Ru (bpy) 2 + ya da 3 Ru (bpy) 3 +) yoksun . M / z = 700 de en önemlisi, bir tepe Ru (bpy) 'e uygun 2-tiol + adüktü undercoordinated iyonu ve tek tabaka yüzeyi arasında çok güçlü bir bağlanma gösterir görülmektedir. Bu türe karşılık zirveleri Şekil 2a belirgin özellikli.

Yumuşak iniş sonra, COOH-SAM yüzeyler hareketsizleştirilmiş organometalik kompleksler kimyasal reaktivitesini incelemek için aletin depozisyon bölgesinde O 2 veya C2, H ya da 4 kontrollü basınca maruz kalmaktadır. Doğal gaz sonra maruz kalma, in situ yüzeyleri TOF-SIMS içinde tekrar analiz edilmiştir.In situ TOF-SIMS spektrumları COOH-SAM içeren yüzeylerin direkt olarak, aşağıdaki maruz elde Şekil 2b ve 2c'de olan yumuşak sunulan Ru (bpy) 2 + 3 indi ve Ru (bpy) 2, O ve C, 2 saat için 2 2 + iyonlar 4. COOH-SAM üzerine Ru (bpy) 2/3 + 2 yumuşak iniş iyonları ve yüzey molekülleri arasında oluşan bir kimyasal katkı ürününün elektrostatik olarak tekabül eden bir izotopik dağılımı görülmektedir yüzeyleri ardından, önceki paragrafta ele alındığı gibi. 30 dakika boyunca, O 2 10 Torr -4 yüzeyin maruz kaldıktan sonra TOF-SIMS spektrumları bolluğu eşlik eden bir artış eşlik m / z = 700 ° adükt tepe bolluğu belirgin bir azalma olduğunu göstermektedir m / z = 716,2 ve 732,2 merkezli iki yeni izotop zarflar. Bu tepeler atom (O) ilavesi ile tutarlıdır ve moleküler (O 2) oksijensırasıyla organometalik adükt yüzey, için. Ayrıca, bu katkı maddesi kapatmak için% 50 dönüşüm verimi ile oksidize edilebilir gibi görünmektedir. In situ olarak O ile 2 ve analizlerine maruz bırakıldıktan sonra TOF-SIMS yüzeyler enstrümanın yumuşak iniş bölgesine geri yerleştirilmiş ve 30 dakika boyunca 4 ° C, 2 saat 10 Torr -4 maruz kalmaktadır. Ikinci gaz maruziyeti takiben yüzey analizi başka bir tur için enstrümanın SIMS bölgeye tekrar aktarılır. C2, H 4 maruz kaldıktan sonra TOF-SIMS spektrumunun Denetim m / z = 716 de tek başına oksitlenmiş organometalik ilave maddesinin nispi bolluk bir azalma olduğunu gösterir. Bu gözlem C2 maruziyet üzerine hareketsizleştirilmiş organometalik kompleks, oksijeninin alınması ile tutarlıdır H 4. Bu durum, gaz faza serbest oksitlenmiş hidrokarbon (C2 H4 O), oluşumuna neden olduğu varsayılmaktadır. Bu nedenle, through in-situ TOF-SIMS ile kitle seçilir iyonları ve analiz yumuşak iniş bir arada seçici yüzeyler üzerinde organometalik bileşiklerini izole etmek ve gaz moleküllerinin karşı reaktivitesini incelemek mümkündür. Buna ek olarak, çözelti içinde erişilemez undercoordinated iyonlarının davranışı incelenebilir. TOF-SIMS Şekil 3'te sunulmuştur in-situ tarafından iyon yumuşak iniş ve analiz kombinasyonu ile bu temsili sistem için elde neler olduğunu açıklayan bir şema.

2.. Yerinde FT-ICR-SIMS In kullanma COOH-SAMs üzerinde Ru Şarj Tutma (bpy) 3 2 + Eğitim

Kitle seçilmiş iyonların yumuşak iniş aynı zamanda in situ FT-ICR-SIMS in tarafından yüzeylerin analizini sağlayan ikinci bir araç kullanarak yapılır. Sırasında ve iyonların yumuşak iniş sonrasında yüzeylerin SIMS analizini sağlayan bu tamamlayıcı yaklaşım, ins sağlayabilenyük azaltılması ve nötrleştirme hem de yüzeylerde 115 üzerinde biriken iyonların desorpsiyon kinetikleri içine uş. , Yüzeyde farklı iyonik şarj durumlarının nispi bolluk birkaç saatlik süreler boyunca izlenebilir, çünkü özellikle güçlü bir tekniktir. Ru (bpy) için tipik sonuçlar yumuşak bir COOH-SAM yüzeyi üzerine toprak 2 + 3, Şekil 4 'de sunulmaktadır. Sırasında yumuşak 3 2 + iyonu sergilerse COOH-SAM yüzeyi üzerinde bolca doğrusal bir artış çift yüklü Ru (bpy) iniş . Ölçülen bolluk yumuşak iniş sonunda bir maksimuma ulaşır ve COOH-SAM yüzeyi üzerinde uzun bir plato ile takip edilir. Bu, COOH-SAM yüzey yumuşak inişi sonra dokunulmamış iyonların iyonik şarj durumunu muhafaza etmeye özellikle etkili olduğunu gösterir. Tek yüklü Ru (bpy) 3 + iyonu, yumuşak iniş sırasında zamana göre bolca doğrusal bir artış sergileyen . Yumuşak iniş sonunda, ancak, tek yüklü iyon bolca azalır. Ru itibaren bir bipiridin ligandın kaybı (bpy) 3 Ru (bpy) oluşturan + 2 + sonuçlanan tek yüklü fragman iyonun bolluğu Ayrıca, Şekil 4 'de gösterilmiştir. bu iyon bırakma bittikten sonra COOH-SAM bolca bir düşüş ve ardından yumuşak bir iniş sırasında bolca doğrusal bir artış gösterir. Şarj durumu ile yüzey artar iyonlarının bağlama enerjisi, tek yüklü iyonların daha hızlı kaybı ile tutarlı olan çift yüklü iyonları ile karşılaştırıldığında, bu tek yüklü iyonların yüzeyinden daha kolay geri çekilmesine geçmesi varsaymak makul olduğu için Bu çalışmada görülmektedir. In situ FT-ICR-SIMS in ile birlikte yumuşak iniş, bu nedenle, bu yük, nötralizasyon ve yüzeyler üzerinde biriken iyonların desorpsiyonu azaltılması gibi işlemleri araştırmak için güçlü bir tekniktir.

ove_title "> 3. COOH-SAMs 3 2 + Yerinde IRRAS yılında istihdam Ru (bpy) ve Yapısal Özellikleri Probing

Yumuşak toprak iyonları karakterize etmek için kullanılan üçüncü bir alet Ru (bpy) nedeniyle iyon yüzey etkileşimleri için kimyasal olarak tadil edilmiş yüzeye değişikliklerin tespit ek olarak-COOH SAMs 3 2 + iyonlarının titreşim spektrumları elde edebilmektedir. Sırasında ve sonrasında yumuşak iniş yüzeyin titreşim özellikleri değişiklikleri ölçen, çünkü bu cihaz özellikle güçlüdür. Bu nedenle, yumuşak indi iyonları ile ilgili yapısal bir bilgi zenginliği, bu aleti kullanılarak elde edilen iyonların alt monolayer düzeyleri yatırılır koşuluyla ve bu olabilir yumuşak dipol anları iyonları hizalanmış ve etkileşim için yeterli yoğunluk sahip olan indi geçiş yüzeyde polarize IR fotonlar olay.

Yumuşak Landi, aşağıdaki şekilde elde edilen kızıl ötesi spektrumung 5 x 10 12 Ru (bpy)-COOH SAM yüzeyi üzerine 3 2 + iyonları, Şekil 5'te sunulmuştur arasında. Biz çıplak COOH-SAM, İR spektrumu, arka plan spektrumu olarak kullanılmıştır, çünkü, şu özellikleri gözlemlenen dikkat iyon birikimi yumuşak indi iyonların titreşim modlarından sadece kaynaklanır. Dokuz titreşim özellikleri IR spektrumunda bir yıldız işareti ile belirtilmiş olan Ru (bpy) 3 2 + gibi benzersiz spektroskopik imzalar. Bu IR özellikler bu organometalik iyon 122.123 için önceden atanmış değerleri ile iyi bir uyum içindedir. (1.042 cm-1;; 1,570 1,606) ve CCH bükme gözlenen titreşim frekansları üzerinden, CC gerilme (1466, 1450, 1420, 1257, 1186 cm -1) bantları gibi 1549 de bir CN streç IR imzası cm -1 Ru (bpy) 2 + 3 moleküler yapısı eşsiz özellikleri olarak atanır. Iyon yaparkenYumuşak iniş deneyler, biriktiği türlerin kimliğini onaylamak ve iyon-yüzey etkileşimleri neden olabilir yapısındaki olası değişiklikler içgörü kazanmak için spektroskopi teknikleri kullanılarak yüzeyini karakterize etmek arzu edilir. Bu amaçla, in situ yumuşak iniş alet TOF ve FT-ICR-SIMS kullanarak faiz sistemi hakkında toplanan geniş bilgilere katkıda değerli bir kaynak olmaktadır IRRAS.

Şekil 1
. Şekil 1 şematik TOF-SIMS bağlanmış iyon biriktirme aracının illüstrasyon: I, iyon huni bölgesi (7 x 10 -1 Torr). II, çarpışma kuadrupol bölgesi (1 x 10 -1 Torr). III, kitle seçimi ve odaklanma bölgesi (2 x 10 -4 Torr). IV, birikimi yenidengion (1 x 10 -6 Torr). (1) kılcal ısıtıldı, (2) elektrodinamik iyon hunisi, (3) ilk iletim limiti, (4) birinci çarpışma dört kutuplu (5), ikinci iletim limiti, (6) dört kutuplu çözülmesi, (7) 2 odaklama lensleri, (8) İkinci çarpışma kuadrupol, (9) üçüncü iletkenlik limiti, (10) Einzel lens, (11) (12) iki Einzel lens, (13) hedef platformu, (14) yüzey montaj, (15) manyetik çevirmenler, bükücü quadrupole. Bu rakam modifiye edilmiştir [Analitik Kimya 2010, 82 (13), 5718-5727]. resmi büyütmek için buraya tıklayın .

Şekil 2,
Şekil 2,. TOF-SIMS spektrumları (m / z 690-740.) A) mas sonra elde edildiCOOH-SAM yüzeyi üzerine Ru s-seçilmiş biriktirme (bpy) 2 2 + (siyah) ve Ru (bpy) 2 + 3 (kırmızı), b) O ila 2 maruz kaldıktan sonra ve c) C, 2 saat maruz kaldıktan sonra 4. Bu rakam [Kimya-A European Journal 2010, 16 (48), 14433-14438] modifiye edilmiştir. resmi büyütmek için buraya tıklayın .

Şekil 3,
Şekil 3. COOH-SAM gaz-fazı sıyırma ligand ve kitle seçilmiş iyonları yumuşak iniş yoluyla yüzeyler üzerine Ru (bpy) 2 2 + immobilizasyonun şematik. Bu rakam [Kimya-A Europ modifiye edilmiştirean Dergisi 2010, 16 (48), 14433-14438]. resmi büyütmek için buraya tıklayın .

Şekil 4,
Şekil 4,. FT-ICR kinetik araziler SIMS. Ru (bpy) 2 + 3 (m / z = 285, siyah kareler), Ru (bpy) 3 + (m / z = 570, mavi üçgenler) ve Ru (bpy için elde edildi ) 2 + (m / z = 414, kırmızı noktalar) bir COOH-SAM yüzeyine Ru (bpy) 3 2 + yumuşak inişi müteakip. resmi büyütmek için buraya tıklayın .

Şekil 5, Şekil 5,. IRRAS ~ 5 x 10 12 Ru (bpy) yumuşak bir COOH-SAM yüzeyinde indi 3 2 + iyonları. Ru (bpy) atanan en büyük titreşim özellikleri 3 2 + bir yıldız işareti ile gösterilir spektrumu. Click Burada büyük resmi görebilmek için .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Kitle seçilmiş iyonları yumuşak iniş, genellikle özel bu deneyler için donatılmıştır dünyanın çeşitli laboratuvarlarda var benzersiz özel yapılmış aletleri kullanılarak yapılır. Bilgiler sürekli olarak, yumuşak inişi multipleks ve böylece yüzeyi üzerinde farklı konumlarda birden fazla türün aynı anda birikmesini elde etmek için, daha büyük bir iyon akımı ve daha kısa birikme süreleri elde etmek için, bileşiklerin çok daha geniş bir dizinin iyonlaşma kolaylaştırmak için bu araçlar için yapılır ve edilmektedir kütle-yük oranı ve iyon hareket çökeltme öncesi hem de iyonların daha doğru seçimi sağlar. Benzer bir şekilde, karakterizasyon teknikleri, sürekli değişen sırası biriken malzemenin in situ analiz etmeye olanak vermek için iyon yumuşak iniş aletler ile birleştirilmiştir edilmektedir. Bireysel araç arasındaki bu farklılıklara rağmen, yumuşak iniş deneylerinde karşılaşılan en yaygın sorunlardan biri için yetersizliğidiryüzeye yol enstrümanın kaynak bölgesinden kitlesel seçilmiş iyonları yeterince güçlü ve dengeli kiriş. Bu kaynakta düşük iyonizasyon verim kaynaklanabilir, yanlış mekanizması vasıtasıyla iyonları yönlendirmek gerilimleri ayarlandı ve yüzey ve elektrometrenin arasında zayıf bir elektriksel temas yumuşak toprak iyonlarının akımını ölçmek için kullanılabilir. Gibi zahmetli durumlarda, iyon demeti elle ilk aracının en erken aşamasında ölçülen iyon akımını maksimize etmek ve daha sonra, sistematik olarak, toplam ışın yolu boyunca her bir sonraki optik üzerinde ölçülen akımı optimize ederek aracı ile yönlendirilebilir. Yumuşak indi malzemelerin yerinde analizi sırasında karşılaşılan genel sorunlar gibi tesadüfi hidrokarbonlar gibi kirletici moleküller büyük arka plan sinyallerini içerir. Bu nedenle yüzeyler özenle hazırlanmış ve her bir yumuşak iniş deney tekrarlanabilir öncesinde olduğu önemlidir.

Bu yüzdenkütle seçilen iyonlarının ft iniş yerinde ile daha sonra analiz için son derece iyi tanımlanmış yüzeylerin hazırlanması için kullanılabilmektedir SIMS ve IRRAS spektroskopi gibi ek ex-situ mikroskopi ve spektroskopi teknikleri 6 bir bütün ana. Kitle seçimi yazılım indi malzemelerin moleküler kompozisyonu ve iyonik şarj durumu üzerinde tam kontrol sunuyor. Ancak kitlesel seçilen iyonlar altında tabaka teslim edilir, böylece böyle bir çözelti içinde mevcut olan nötr molekülleri zıt ve çözücü olarak yaygın kirletici çökeltme öncesi iyon ışın kaldırılır çünkü Ayrıca, benzeri görülmemiş bir yüzey temizliği iyon yumuşak iniş ile elde edilebilir steril vakum koşulları. Yüzeyde iyonlarının kapsamı dikkatli, yumuşak toprak iyonlarının akımını izleme ve buna göre çökelmesi uzunluğunu değiştirmek suretiyle kontrol edilebilir. Iyonların kinetik enerjisi yumuşak iniş koşulları elde etmek için azaltılmış ya da tepki teşvik etmek için artırılabilirive yüzeye 22 içine kovalent bir bağ oluşumu 14 veya iyonların "çivileme" yoluyla iniş.

In situ TOF-SIMS, diğer FT-ICR-SIMS tekniğe kıyasla, genellikle daha büyük duyarlılık, daha büyük bir dinamik aralık, püskürtülen ikinci iyonları daha az parçalanma ve ikinci iyonlarının tüy içinde püskürtülen malzeme daha az tepkimeler ile karakterize edilir. Daha büyük dinamik aralık ve TOF-SIMS yüksek hassasiyet yüzeylerine iyon yumuşak iniş tarafından üretilen düşük bolluk türlerinin belirlenmesini sağlamak. In situ kullanarak TOF-SIMS bu tek tabaka yüzeyleri üzerinde yumuşak toprak iyonları ve tek tek moleküller arasında oluşan ilave maddelerin tanımlanması mümkün olur. Buna ek olarak, in situ TOF-SIMS gaz fazı Çarpışmanın neden olduğu ayırma hazırlanabilir undercoordinated iyonlarının tam olarak bağlanmış iyon göre hareketsizleştirme yüzeyi karşı daha aktif olabileceğini göstermektedir. Bu undercoordinated metal iyonları th yoktur unutulmamalıdırBu nedenle e çözelti fazı ve yumuşak iniş enstrümantasyon yeteneklerini kullanılarak hazırlandı ve TOF-SIMS kullanılarak tanımlanan yeni bir türü temsil eder. In situ TOF-SIMS aygıtının diğer güçlü yeteneği reaktif gazların kontrollü basınca maruz yüzeylere ve daha sonra vakum bozmadan bileşim içinde herhangi bir yüzey değişiklikleri analiz etmek için yeteneğidir.

In situ FT-ICR-SIMS, genel olarak daha az hassas ve fragman iyonu ve TOF-SIMS göre gaz-fazı iyon molekülü reaksiyonların ürünleri biraz daha yüksek verimler eğilimli, yüzeyin bileşiminin izlenmesi mümkün olma özelliğine de sunarken Her iki sırasında ve birkaç saatlik bir süre boyunca yumuşak bir iniş sonra. Bu bilgiler, yüzeyden şarj ve iyonların desorpsiyon azaltılması gibi süreçleri anlamak için çok önemlidir. Örneğin, bu enstrüman iki farklı iyonlar arasındaki redoks kimya alma yeri izlemek için önceden kullanılmıştırYumuşak aynı SAMs 80 üzerine indi. Buna ek olarak, çarpma protonlanmış peptid iyonlarının yük azaltılması ve desorpsiyon kinetiği bu cihazı kullanılarak incelenmiştir ve veri zamanla SAMs yüzeylerinde farklı yüklü türlerin gelişimini tarif eden bir kinetik model üretmek için uygulanmıştır.

In situ IRRAS içinde istihdam, yüzeyler yumuşak toprak iyonları ile ilgili yapısal bilgi iyonlar, yerleştirme işlemi sırasında bütünlüğünü korumak doğrulamak için elde edilebilir. Bu, kızıl ötesi gaz fazı ve çözelti fazında spektroskopisi hem de teorik modelleme kullanılarak hesaplanır IR spektrumları ile elde edilen önceki spektrumları ile yüzeyler üzerinde iyonların ölçülen kızılötesi spektrumlarının karşılaştırılması ile elde edilir. Yatırılan örneklerin ölçülen titreşim özellikleri ile bu bilinen yapısal bilgi karşılaştırarak, gaz-fazı yapılarına değişiklikler tespit edilebilir. Buna ek olarak, iyon etkileşimleri yüzey içine fikir gibi olabilir,Yumuşak iniş sırasında şiddeti artırmak titreşim özellikleri gözlem certained. Böyle bir gözlem yüzeyinde yeni bağların oluşumu ile uyumludur. Benzer şekilde, yumuşak iniş sürecinde azaltmak titreşim özellikleri bağ-kırma reaksiyonlar göstergesi olabilir.

Yüzeylerde yüksek saflık, ince filmlerin kontrol hazırlık malzemeleri bilimi ve mikrofabrikasyon 124 çeşitli uygulamalar için gereklidir. Şu anda, ince filmler, organik ve hibrid organik-inorganik arayüzleri hazırlanması için uygun bir yöntem, molekülleri ve 125126 yüzeyleri arasında oluşan kendini sınırlayan yüzey reaksiyonlar bağlıdır molekül, tabaka (MLD) 'dir. MLD çökeltme işlemi üzerinde kontrol büyük bir olanak sağlar ve bu nedenle, genel olarak çözelti-fazı yöntemlerinin 127 daha yüzeylerde daha kaliteli filmler üretir. Bununla birlikte, yaygın comme rağmenMLD rcial kullanılması, bu tekniğin son yayında 128 gözden edilmiştir birkaç önemli sınırlamalar muzdarip bilinmektedir. En önemlisi, MLD nedeniyle gaz fazından nötr moleküllerin birikimi dayanır gerçeğine bu bileşiğin termal bozunmasını neden olmadan etkili bir biriktirme oranları elde etmek için yeterli bir buhar basıncına sahip, termal olarak kararlı reaktanlar ile sınırlıdır. MLD bir diğer sınırlılığı katı destek ile moleküllerin tepkime önemli ölçüde çözücünün yokluğunda azalabilir gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Yüzeylere kitle seçilmiş iyonları yumuşak iniş MLD bu büyük sınırlamalar üstesinden gelir. İlk olarak, nazik iyonlaşma istihdam elektrospray parçalanması veya bozulması uyaran olmadan çok düşük volatilite sahip büyük termolabil moleküllerinin iyonları üretebilir. Buna ek olarak, termal olmayan iyon kaynakları TES duyarlı olmayan homojen ya da heterojen gruplara ve nanopartiküllerin bir dizi üretmek için kullanılabilirl buharlaşmanın. Ayrıca, ara yüzey iyonları reaksiyonları ile bağlantılı bir potansiyel engelleri aşmak için gerekli olan kinetik enerjiye uygulanmadan önce hızlandırılabilir.

Kitle seçilmiş iyonları yumuşak iniş özellikle de karmaşık moleküllerin, kümeler ve yüzeylerde nanopartikülleri kontrollü hareketsizliğe uygundur. Bununla birlikte, bu teknik ile malzeme ticari ölçekli hazırlama nedeni ESI elde tipik iyon akımları şu anda var olan mikro-ve nano sentezleme yöntemlerinde kullanılan daha düşük birkaç kat olması ile sınırlıdır. DC ve 43,65,133-135 sıçratma RF magnetron dayalı parlak, yüksek iletim ESI kaynaklardan 129-131, yüksek güç ve hızlı tekrarlama oranı darbeli lazer kaynaklarının 25132 ve sürekli kaynaklarının sürekli gelişmesi güçlü bir araç yumuşak iniş geçiş için önemli bir ön koşuldur pratik bir yaklaşımla temel bilimMikrofabrikasyona için. Gelecekte, iyon hareketlilik ayırma 113 ile yumuşak bir iniş birleştiren birincil ve pratik uygulamalar için hem de ikincil yapısı üzerine farklı yüzeylerin etkilerini araştırmak için her ikisi de önemlidir kompleks iyonların ikincil yapı, her ikisi de hassas kontrolünü kolaylaştırır hareketsiz iyonları. Bundan başka, yumuşak iniş enstrümantasyon benzersiz özellikleri çözeltide sentez yoluyla elde edilemeyen olan yeni türlerin üretilmesi için, ya da çarpışma parçalanma veya iyon molekül reaksiyonlar yoluyla, gaz fazında molekülleri işlemek için kullanılacaktır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Bu araştırma, Temel Enerji Bilimler Dairesi, Kimyasal Bilimler, ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Yerbilimleri ve Biosciences Bölümü tarafından finanse edildi. GEJ Linus Pauling Kardeşlik ve Pacific Northwest National Laboratory at Laboratuvarı Yönlendirilmiş Araştırma ve Geliştirme Programı (PNNL) destek kabul eder. Bu çalışma EMSL, Biyolojik ve Çevresel Araştırma Enerji Ofisi Departmanı tarafından desteklenen ve PNNL bulunan bir ulusal bilimsel kullanıcı tesis kullanılarak yapıldı. PNNL ABD DOE için Battelle tarafından işletilmektedir.

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

Chemistry Sayı 88 yumuşak iniş kitle seçilir iyonları elektrosprey sekonder iyon kütle spektrometresi kızıl ötesi spektroskopi organometalik kataliz
Kütle-Seçilen İyonlar Yumuşak İniş Hazırlayan İyi tanımlanmış Yüzeyler <em>Yerinde</em> SIMS ve IR <em>spektroskopisi</em>
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