Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Photoelectron הדמיה של אניונים מאויר על ידי ניתוק 310 ננומטר F−

Published: July 27, 2018 doi: 10.3791/57989
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Chemistry, Washington University in St. Louis

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבור photoelectron הדמיה של מינים anionic. אניונים שנוצר באופן vacuo ומופרדים באמצעות ספקטרומטר מסה הם ובחן באמצעות photoelectron מהירות מיפוי imaging, מתן פרטים של אניון, רמות אנרגיה נייטרלית, אניון ומבנה נייטרלי, אופי המדינה אלקטרונית אניון.

Abstract

אניון photoelectron הדמיה היא שיטה יעילה מאוד עבור המחקר של הברית אנרגיה של יונים שליליים מאוגד, מינים נייטרלי, אינטראקציות של אלקטרונים לא מאוגד עם מולקולות נייטרלים/אטומים. המדינה-of-the-art, vacuo אניון דור לאפשר ליישום במגוון רחב של אטומית, מולקולרית, וטכניקות של אשכול אניון מערכות. אלה מופרדים, שנבחר באמצעות ספקטרומטר מסה זמן-של-טיסה. אלקטרונים יוסרו על ידי פוטונים מקוטב לינארית (צילום ניתוק) שימוש במקורות לייזר שולחני המספקות גישה מוכן עירור האנרגיות של אינפרא-האדום כדי אולטרה סגול ליד. מזהה את photoelectrons עם מהירות מיפוי הדמיה עדשה והמיקום גלאי רגיש אומר כי, עקרונית, כל photoelectron מגיע הגלאי, היעילות זיהוי אחיד עבור כל האנרגיות. ספקטרה photoelectron שחולצו מן הדימויים באמצעות שחזור מתמטית באמצעות ההופכי הבל טרנספורמציה לחשוף פרטים של ההתפלגות המדינה אנרגיה פנימית אניון, הברית באנרגיה הנובעת נייטרלי. -האלקטרונים נמוכה אנרגיה קינטית, רזולוציה טיפוסי מספיקה לחשוף את רמת האנרגיה הבדלי גודל כמה millielectron-וולט, קרי, רמות הרטט שונות עבור מינים מולקולרי או ספין-אורביט פיצול בתוך האטומים. Photoelectron הפצות זוויתי מופק ההופכי הבל טרנספורמציה מייצגים את החתימות של אורביטל אלקטרון מאוגד, ומאפשר יותר מפורט, בדיקה של מבנה אלקטרונית. ספקטרום של הפצות זוויתי לקודד גם פרטים של אינטראקציות בין האלקטרון יוצא המין נייטרלי שיורית לאחר עירור. הטכניקה מודגם על-ידי היישום אניון אטומית (F−), אך באפשרותך גם להחיל אותה על המידה של ספקטרוסקופיה מולקולרית אניון, לימוד נמוך שקרן מגנטיים אניון (כחלופה פיזור ניסויים) בפמטושניות ( fs) זמן לפתור מחקרים על התפתחות דינמית אניונים.

Introduction

אניון photoelectron הדמיה1 הוא וריאציה על ספקטרוסקופיה photoelectron ומייצג של מבנה האטום/מולקולרי אלקטרונית מכשיר בדיקה רב עוצמה והגומלין שבין האלקטרונים ומינים נייטרלי. המידע הנקלט הוא חיוני בפיתוח להבנת מאוגד והשלמת (אלקטרון-מולקולה פיזור מגנטיים) שלילי, הפתח הברית הפחתת כימית, תהליכי ניתוק קובץ מצורף, יון מולקולה, יון מדינות אינטראקציות. יתר על כן, התוצאות לספק בדיקות חיוניות של גבוהה ברמת ab initio שיטות תיאורטיות, במיוחד אלה מתוכנן להתמודד עם מאוד בקורלציה מערכות ו/או הברית הלא-נייחים.

הטכניקה משלב ייצור יון, ספקטרומטר מסה, חלקיקים טעונים הדמיה מבנה4 כדי ברגישות בדיקה אלקטרונית (וגם מולקולות קטנות, הרטט)3,2,. עבודה עם מינים anionic מאפשר טוב סלקטיביות המונית באמצעות שעת הטיסה ספקטרומטר מסה (תוף-MS). גלוי בסמוך אולטרה סגול (UV) פוטונים הם אנרגטיים מספיק כדי להסיר את אלקטרון עודף, ומאפשר שימוש מקורות לייזר בראש הטבלה. יתרון נוסף של השימוש אניונים היא היכולת photoexcite הנמוכים, לא יציב anionic הברית אשר מייצגים אנרגיה משטרים בהם אלקטרונים של אטומים/מולקולות נייטרלים חריפה אינטראקציה. השימוש של הדמיה מהירות ממופות5 (VMI) מעניקה יעילות זיהוי אחיד, אפילו על אנרגיות נמוכות אלקטרון, מפקח על כל photoelectrons בשניה, במקביל מגלה על הגודל והכיוון של המהירויות שלהם.

תוצאות ניסויית אינן תמונות photoelectron אשר מכילים photoelectron ספקטרה (פרטים של האב אניון אנרגיה פנימית הפצות) ואת האנרגיות של מצבים פנימיים נייטרלי הבת הפצות זוויתי photoelectron (הקשורים אלקטרון מסלולית לפני הניתוק). יישום מעניין במיוחד של הטכניקה נמצא במחקרים fs זמן לפתור. פולס לייזר מרביים הראשונית (משאבה) מרגש למצב אלקטרונית אניון דיסוציאטיבית, שנייה חנותם מושהית מרביים הדופק (גשושית) ואז לניתוק אלקטרונים אניון נרגש. השליטה של הפרש הזמנים משאבת-בדיקה מלווה את התפתחות הברית האנרגיה של המערכת ואת האופי המשתנה של המסלולים של המערכת ציר הזמן של תנועה אטומית. דוגמאות כוללות הפוטוליזה של אני2− ו interhalogen מינים6,7,8,9, פיצול ו/או של אלקטרון מלון אחר אני−·uracil 10,11,12,13, אני−·thymine13,14, אני ·adenine−15, אני−·nitromethane16, בת 17 . ואת−·acetonitrile17 אשכול אניונים, הגילוי של ציר הזמן עד כה ארוכה באופן בלתי צפוי לייצור Cu− אטומי אניונים לאחר photoexcitation של CuO2− 18.

איור 1 מציג את אוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס (WUSTL) אניון photoelectron הדמיה ספקטרומטר19. המכשיר מורכב משלושה אזורים שאוב באופן שונה. יונים מיוצרים בבית הבליעה מקור אשר פועלת, בלחץ של 10−5 טנדר של גוה של ומכיל הפרשות יון מקור20, וצלחת יון אלקטרוסטטית החילוץ. יונים מופרדים על-ידי המסה ווילי-מקלארן תוף-MS21 (הלחץ בצינור-תוף הוא 10−8 טנדר של גוה של). זיהוי יון, בודק מתקיים באזור זיהוי (לחץ של 10−9 טנדר של גוה של) אשר מכיל עדשות VMI5 וגלאי חלקיקים טעונים. הרכיבים העיקריים של המכשיר מומחשים סכמטי איור 1b כאשר האזור המוצלל מייצג כל הרכיבים המוכלים בתוך מערכת ואקום. גז מוחדרים דרך הצינור פעמו השחרור. כדי לאזן את הלחץ כניסת גבוהה, תא המקור נשמר תחת ואקום באמצעות משאבת דיפוזיה על בסיס שמן. אזור פריקה מומחש באופן מפורט יותר דמות 2a. הפרש הפוטנציאלים גבוהה מוחל בין האלקטרודות, אשר הם מבודדים מפניו של הצינור על ידי סדרה של מפרידי טפלון. למעשה, טפלון משמש כמקור של אטומי פלואור לקבלת תוצאות מאוחר יותר.

השחרור מייצר תערובת של אניונים, קטיונים מינים נייטרלי. הצלחת החילוץ יון, יון האצת מחסנית, פוטנציאל המתג ו microchannel צלחת (MCP) גלאי (איור 1b) יוצרים את 2 מ' ארוך יונים תוף-גב' ויילי של מקלארן מופקים על-ידי היישום של דופק מתח (שלילי) לצלחת החילוץ יון, ואז הם מואץ יונים כל האנרגיה הקינטית. וריאציה של עוצמת הדופק החילוץ מתמקדת את זמן הגעתכם העדשה VMI בזמן העדשה einzel מפחית את חתך המרחבי של קרן יון. אניונים הם מחדש הפניה לקרקע באמצעות פוטנציאל מתג22, העיתוי של אשר משמש מבדיל המוני. הבחירה אניון מושגת על-ידי סינכרון הגעתו של דופק פוטון uv גלוי בסמוך עם שעת ההגעה אניון תוך העדשה VMI. האזורים הפרדה וזיהוי של יון להשתמש turbopumps ללא שמן כדי להגן הגלאי הדמיה.

אניונים ופוטונים אינטראקציה לייצר photoelectrons בכל מרחבי נפח המוצק שטיינמץ, המייצג את החפיפה בין הקורות יון ולייזר. העדשה VMI (איור 2b) מורכב שלוש אלקטרודות פתוח, שמטרתו היא להבטיח כי כל photoelectrons להגיע הגלאי חלוקת החלל מומנטום photoelectrons נשמרת. כדי להשיג זאת, מתחים שונים מוחלים extractor ו repeller ב כך, ללא קשר מרחבי נקודת המוצא, אלקטרונים עם וקטור מהירות התחלתית זהה מזוהים באותה הנקודה על הגלאי. הגלאי מורכב קבוצת MCPs מתאימים שברון אשר לשמש מכפילי אלקטרון. לכל ערוץ יש קוטר הסדר מיקרונים אחדים, לוקליזציה של הרווח ולשמר את מיקום המגע הראשוני. מסך פוספור מאחורי MCPs מציין המיקום באמצעות הדופק אלקטרון מוגבר כמו הבזק של אור אשר נרשם באמצעות מצלמה בשילוב התקן (CCD) של תשלום.

תזמון והמשך הפולסים מתח שונים הנדרשים נשלטים באמצעות זוג גנרטורים עיכוב דיגיטלי (DDG, איור 3). הניסוי כולו הוא חזר על בסיס ניסיון על ידי זריקה עם קצב החזרה של 10 הרץ. כל זריקה, מספר יונים של פוטונים אינטראקציה בהפקת אירועים מספר זיהוי לכל מסגרת המצלמה. מספר מסגרות אלף צבר לתמונה. במרכז התמונה מייצג מקור רווח מומנטום, ומכאן המרחק מהמרכז (r) הוא יחסי למהירות של אלקטרון. זווית θ באמצעות, (יחסית לכיוון קיטוב פוטון) מייצג את הכיוון של המהירות של אלקטרון. תמונה מכילה את ההפצה של זיהוי האירוע צפיפות. לפיכך, גם ניתן לצפות כמייצג את צפיפות ההסתברות לגילוי (בכל רגע נתון) של אלקטרון. מפעיל את הפרשנות נולד של פונקציית הגל (ψ) תמונה מייצגת | ψ | 2 עבור photoelectron23.

צפיפות ההסתברות אלקטרון 3D הוא cylindrically סימטרי על קיטוב של וקטור חשמלי (חדוהp) של הקרינה עם ערבול הסוגר של מידע. שחזור של ההפצה המקורית מושגת מתמטית24,25,26,27. התפלגות רדיאלי (של אלקטרונים) בבניה מחדש הוא הספקטרום photoelectron תחום של תנע (מהירות) אשר מומר לתחום האנרגיה באמצעות יישום של הטרנספורמציה Jacobian המתאים.

Photoelectron אניון הדמיה ספקטרומטר (איור 1) נעשה שימוש בניסויים אלה הוא מכשיר לפי הזמנה28. ההגדרות בטבלה 1 ו- 2 בטבלה עבור הפרוטוקול הספציפיים המכשיר הזה עבור הייצור של F− והדימות של תפוצתה photoelectron. מספר גירסאות דומות של העיצוב נמצאים בשימוש שונות מחקר מעבדות6,29,30,31,32,33,34 , 35 , 36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 42, אבל בלי כלים שני דומות בדיוק. בנוסף, כלי הגדרות הן בתלות חריפה מאוד רגיש לשינויים קטנים ב מידות כלי ותנאים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: פרוטוקול נסיוני הכללי מוצג כאן, ספיציפית הכלי WUSTL. ניתן למצוא הגדרות מכשיר ספציפי עבור התמונה− F המוצגים באיור 4a בטבלה מס ' 1-2.

1. יון דור

  1. כדי להפיק אניונים, להחיל גיבוי גז או תערובת גז (עבור F−, 40 psig. O2) מאחורי הצינור פעמו ופועלים על הצינור ב-10 הרץ.
    1. לקבוע משך הזרבובית על עיכוב הדיגיטלי מחולל 1 (DDG1), הערוץ (A1), להפעיל את הנהג זרבובית פעמו להחדיר את הגז לתוך פריקה.
    2. החל דופק שחרור מתח גבוה V1. תזמון והמשך של הדופק נשלטים על ידי ערוץ C (C1) ב- DDG1.
    3. כמו הבריחה של גז2 O יכול להוביל לסיכון מוגבר מעבדה אש, להבטיח כי כל קווי גז דליפה חזק. מאז לחצים הגז גבוה יכול להוביל לכשל של קווי גז, ודא כי הלחץ נשמרת מתחת מקסימום ההפעלה לחץ. ודא כי ספקי כוח כראוי מקורקע כיבה כאשר מתבצעת כבלים מצורף או מוסר.

2. יון החילוץ, הפרדה וזיהוי

  1. כדי לחלץ אניונים מן המקור, החל דופק החילוץ מתח גבוה (V2) לצלחת החילוץ יון.
    1. הגדר את התזמון ואת משך הדופק החילוץ יון באמצעות ערוץ DDG1 D (D1).
  2. כדי לפקח על הספקטרום המוני אניון, להעביר את המכשיר למצב יון.
    1. להתחבר מחלק מתח את גלאי הגלאי הדמיה MCPs.
    2. חלות מתח V11 האנודה גלאי (פוספור מסך).
    3. להתחבר הפלט מחלק מתח גלאי יון אוסצילוסקופ ערוץ 1 הקלט.
    4. לחבר את ספק הכוח MCP לקלט מחלק מתח ולהגדיל בהדרגה מתח. מתח קלט V9 מספק V7 בצד הפוסט ו- V8 לצד היציאה של המיקרו.
      התראה: אל תחרוג מתח המרבי המותר עבור MCPs.
  3. הפרד את אניונים על ידי תוף-MS.
    1. הגדר את המתח מחסנית האצת V3.
    2. שימוש DDG1 ערוץ E (E1), הגדר את התזמון ואת משך פוטנציאל בורר מתח גבוה הדופק (V3).
    3. מבחוץ לעורר את אוסצילוסקופ מערוץ DDG1 F (F1) כדי להגדיר את ציר הזמן תוף-MS.
  4. התאם את הפרשות והפקת הדופק מגניטודות (V1-V2), פריקה, חילוץ, מתג פוטנציאליים ו זרבובית התזמון ומשך בערוצים A-E ב- DDG1 כדי לייצר אות יון אוסצילוסקופ.

3. יון התשואה ואופטימיזציה רזולוציה.

הערה: השלבים 3.1 ו- 3.2 יש לחזור iteratively כדי לקבל את התשואה יון של רזולוציה אופטימלית. (טבלאות 1-2 הצג את ההגדרות המשמשות ליצירת− F התמונה המוצגת במקטע תוצאות).

  1. כדי למטב את המספר של אניונים של זן מסוים, התאם את הגדרות מקור יון.
    1. התאם את הלחץ של גז2 O מאחורי הצינור באמצעות המתקן בלון גז.
    2. התאמת זרבובית פעמו משך הפעולה (A1).
    3. להתאים את סדר הגודל של המתח הדופק פריקה (V1).
    4. להתאים את התזמון ואת משך המתח הדופק של פריקה (C1).
    5. להתאים את התזמון ואת משך הדופק החילוץ של יון (D1).
    6. התאם את משך הזמן שהמתג פוטנציאליים נמצא במתח גבוה (E1).
    7. התאם את המתח על יסוד מרכזי של העדשה einzel (V4). הפסגות יון על אוסצילוסקופ צריך להגדיל בעוצמתם.
      התראה: ודא O לחץ2 נשמרת מתחת מקסימום ההפעלה לחץ.
  2. התאם את הגדרות תוף-MS כדי למטב את ההפרדה של רזולוציה יון המוני ספקטרלי
    1. התאם את המתח החילוץ יון (V2) כדי להשיג התמקדות ווילי-מקלארן. הפסגות יון על אוסצילוסקופ צריך לצמצם.
    2. התאם את המתח מחסנית האצת V3.

4. photoelectron ייצור וזיהוי

  1. לעבור את ספקטרומטר למצב הדמיה.
    1. להפחית את המתח המוחל על מחלק מתח גלאי יון (V9) לאפס.
    2. נתק את מחלק מתח גלאי יון MCPs.
    3. מחברים ת ספקי כוח כדי הדופק מתח גבוה הדמיה הדימות.
    4. להתחבר הדופק מתח גבוה הדמיה MCPs הדמיה
  2. חלות מתח קבוע מסך זרחן (V11) ו MCPs (V9).
  3. סנכרן את זמן ההגעה של פעימות לייזר הלייזר צבע ננו שנייה (ns) עם הזמן ההגעה של יונים של עניין בתוך העדשה VMI.
    1. לחבר את פוטודיודה מהר אוסצילוסקופ ערוץ 2.
    2. מבחוץ להזניק את nd: yag לייזר פלאש מנורות ואת Q למתג באמצעות ערוצי DDG2 H (H2) ו- G (G2). התאם את התזמון של ההדק לייזר (H2) עד הפלט פוטודיודה הוא קרוב אבל שלפני האות יון עניין.
    3. חלות מתח repeller ב הדמיה (V5) ואלקטרודות extractor (V6).
    4. להגדיר את המצלמה לחשיפה ארוכה ולהתאים על ההדק לייזר עיתוי (H2) להגדיל את מספר אירועי זיהוי אלקטרונים שנצפו על מסך המחשב.
      התראה: קרינת לייזר Class IV לגרום נזק בלתי הפיך לראייה. לענוד הגנה העין המתאים. . אל תסתכל ישירות לתוך הקרן גם כאשר לובש עין הגנה. למנוע השתקפויות סימונים.
  4. דופק מתח גבוה חלות על המיקרו שיבוצע במקביל עם הגעתו של הדופק פוטון כדי להגביר את האות אלקטרון בתוך חלון ייצור photoelectron.
    1. הגדר את מתח דופק הדמיה (V10).
    2. להגדיר את התזמון הדופק הדמיה והמשך באמצעות ערוץ DDG2 F (F2) כך הדופק הדמיה ממורכזת על זמן ההגעה של הדופק פוטון.

5. התמונה התמקדות

  1. להגדיר את המצלמה לחשיפה קצרה.
    1. להפעיל את מצלמת CCD להיפתח בתחילת מחזור ניסיוני באמצעות DDG2 ערוץ E (E2).
  2. לאסוף את תמונת המופחת-רקע
    1. לאסוף מספר מסגרות עם הדופק לייזר חופפת אניון עניין.
    2. לאסוף מספר פריימים עם הדופק לייזר לא וצירוף עם כל אניון.
    3. להחסיר את המסגרות שנאסף מחוץ מקרים המסגרות שנאסף על מקרים.
    4. חזור על שלב 5.2 ולצבור תמונה.
  3. להתאים את ההדמיה repeller ב (V5) ואת המתחים אלקטרודה החילוץ (V6). ליצור תמונה חדשה על ידי חזרה על שלב 5.2. הטוב ביותר תוך התמקדות תנאי מושגת כאשר תכונות התמונה הינם הצר שלהם.

6. תמונת אוסף

  1. עם המצלמה במצב חשיפה קצרה, מעבר לאוסף centroided.
  2. חזור על שלב 5.2-התנאי התמקדות אופטימום לצבור של תמונה ברזולוציה תת פיקסל.

7. הנתונים החילוץ

הערה: המניפולציות הנתונים שבוצעה בסעיף זה מבוצעות באמצעות תוכניות במפורש בכתב ברציף MatLab.

  1. אתר שמרכז את התמונה על-ידי קביעת אל מרכז המסה (העוצמה) של התמונה, שימוש הסימטריה הטבועה של התמונה כדי למצוא את המרכז של היפוך, או (במקרה של אות נמוכה רעש) iteratively צמצום רוחב המעברים בספקטרום על-ידי בחירה שונה משפט מרכזי.
    1. הבל הופכי להפוך את התמונה כדי לשחזר את התפלגות מהירות תלת-ממד.
  2. צור photoelectron ספקטרה
    1. לשלב את עוצמת כפונקציה של זווית עבור כל רדיוס (זה הספקטרום ב צמיגי השטח ולכן תחום מומנטום או מהירות). בפועל זו מושגת על-ידי סיכום מעל כל רדיוס.
      Equation 1
      כאשר I(r) הוא עוצמת רדיאלי ו- I(r,θ) זה את העוצמה ב נקודה r, θ באמצעות.
    2. כיול הקשת לאנרגיה קינטית אלקטרון by comparison with תמונה שנרשם תחת באותם התנאים עם מעברים של eBE הידוע.
      eKE = eKEcal × (r/rקאל)2
      איפה eKEref היא האנרגיה הקינטית של מעבר ידוע בספקטרום הפניה, rref הרדיוס של הטבעת בתמונת התייחסות התואם המעבר הזה והוא eKE היא האנרגיה הקינטית המשויך רדיוס r ב ניסיוני תמונה.
    3. להמיר את הספקטרום מעגל לתחום האנרגיה באמצעות טרנספורמציה Jacobian. האנרגיה המתאימה ב- r נתון נקבע כמו 7.2.2. עוצמת I(r) מחולק ב- √eKE.
  3. התפלגות זוויתי של אלקטרונים.
    1. בחירת מעבר בספקטרום.
    2. לטווחים שונים קטן זוויתי, לשלב על פני הטווח רדיאלי המשויך את המעבר ואת העלילה נגד θ באמצעות. תרגול השילוב מושגת על-ידי סיכום מעל כל רדיוס r הטווח0 -FWHM/2 ל- + FWHM/2.
      Equation 2
      איפה I(θ) הוא עוצמת זוויתי, r0 הוא הערך רדיאלי של המעבר המרבי והוא FWHM לכל רוחב חצי מקסימום על-פני הטווח רדיאלי של המעבר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

על ידי centroiding43 לצרוב נתונים 640 × 480 פיקסל CCD במערך של המצלמה, רזולוציה רשת של 6400 × 4800 אפשרי. עם זאת, מיצוי של ספקטרה, הפצות זוויתי כרוך ההופכי הבל טרנספורמציה של הנתונים אשר דורש עוצמת התמונה משתנה בצורה חלקה יחסית. בתור פשרה, הנתונים centroided הוא "מנופה" על-ידי סיכום n × n בלוקים של נקודות. טיפול דומה גם הוא הכרחי עבור התצוגה של תוצאות הדמיה.

התמונה המוצגת ושחזור של איור 4a היא התוצאה של photodetachment מ F− האנרגיה פוטון של 4.00 eV (310 ננומטר). הסימטריה גלילי של ההתפלגות photoelectron משמעו כל תמונה ניסיוני מכיל ארבעה מדידות שווי ערך של נקודה בחלל מומנטום. איור 4a מראה השמאל חצי של התמונה השפעול נמדד, מנופה ל n = 8, בעוד המחצית נכון של איור 4a הוא ההופכי הבל טרנספורמציה של הנתונים המוצגים ברזולוציה זהה. התמונה מורכבת סך של 50,000 מסגרות עם הלייזר נרשמו מקרים עם היונים− F, מספר שווה של מסגרות רקע המופחת. כיוון הווקטור חשמלי לייזר (חדוהp) הוא אנכי במישור של התמונה, כפי שמציין החץ נוסעים כפול.

התמונה מציגה שני מעגלים קונצנטריים. אלה תואמות בשני מעברים צרים ראיתי בספקטרום photoelectron. זה מופק מן הנתונים centroided מנופה ל n = 4, אחרי ההיפוך הבל טרנספורמציה, באמצעות שילוב בעוצמה מעל כל הזוויות (θ באמצעות) עבור כל מרחק רדיאלי (r) מהמרכז. ה-r אלקטרון אנרגיה קינטית (eKE) סולם ההמרה מושפעת כיול עם מעבר של אנרגיה קינטית ידוע (eKEקאל) איפהקאל הוא המרחק רדיאלי ממרכז המעבר כיול.

Equation 3

עוצמות ישנו את גודלם דרך הטרנספורמציה Jacobian המתאים להניב את הספקטרום שמוצג באיור 4b. בסולם האינטנסיביות הותאם נוספות כדי להציג את עוצמות ביחס החזקים של המעברים.

המעברים שני לשקף את קיום שני נמוך משקר אלקטרונית מדינות נייטרלי Labelling פ על פי שלהם momenta זוויתי אלקטרונית, אלה מכונים 2P3/2 ו- 2P1/2. שתי המדינות אטום F מקורן כמתרגמים22s2p 25 מבנה אלקטרוני. בשפה פשוטה, שתי המדינות נבדלים הספין של האלקטרון אינטראקצית. עוצמת האינטראקציה בין הספין והתנעים זוויתי מסלולית שונה בכל מקרה. האנרגיות קינטית אלקטרון תלויות האנרגיה פוטון (hν) ואת האנרגיה הדרושה כדי לייצר מצב נייטרלי הסופי (אלקטרון מחייב אנרגיה, eBE). מאפיינים אלה מקושרים באמצעות חוק שימור האנרגיה, eKE = hν - eBE. לפיכך, המעבר eKE הגבוה ביותר (0.598 eV) מייצג האנרגיה איגוד הנמוך (3.402 eV), המהווה זיקה אלקטרונית של אטום פלואור44. ההבדל בין האנרגיות קינטית המעבר (0.598 eV − 0.548 eV) מראה כי המדינה נרגשת הראשונה של אטום F הוא גבוה יותר אנרגיה מאשר המדינה הקרקע, מודד עוצמת האינטראקציה ספין-מסלול רק 50 תהליך. החוזק היחסי של המעברים שתי (2:1 יחס) משקף את degeneracies של שני F אטום הברית אלקטרונית.

ההתפלגות של אלקטרונים בדמותו של איור 4a אינה אחידה מעבר נתון. זה מוצג באופן כמותי בתוך יותר באיור 4 c. העלילה מראה כי כל מעבר (←2P3/2, עיגולים אדומים פתוחים,2P →1/2, העיגולים הכחולים מלא) עוצמת אלקטרון הוא הגדול ביותר בθ באמצעות = 90 °, ולכן אין העדפה האלקטרונים להיות מאונך בשניה חדוה p. זה הצפוי (בהתבסס על טענות מעורבים שימור תנע זוויתי) להסרת אלקטרון מ p -מסלולית, התוצאה תהיה שונה לחלוטין אם האלקטרונים היו מנותקים של s-מסלולית45, 46. ההפצות זוויתי הם אבחון של החלק המרחבי של הורה מסוים מסלולית. אם הנתונים של איור 4 c הם שקנה המידה שלה השתנה (ביחס maxima זוויתי על המעברים בהתאמה) כפי שמוצג באיור 4 d, ניתן לראות כי בתוך הגבולות של הרעש ניסיוני, ההפצות הם כמעט זהים.

הרזולוציה מהירות בפועל מושפעת מאד עיצוב וכן פירוט של הניסוי. לגבי מהירות מיפוי, האחסון מרחביים שבהם מיוצרים האלקטרונים, המיקום של אמצעי אחסון זה בתוך העדשה הדמיה מתחים שהוחל האלקטרודות ההדמיה הם קריטיים הכל. לקבלת הפתרון הטוב ביותר צריך להיות ממוזער האחסון המיוצג על-ידי ההצטלבות של הקורות אניון ולייזר. בפועל זו מושגת על ידי צמצום רוחב הקורות לייזר ויון, collimation או מיקוד. המיפוי מהירות היא רגישה מאוד החשמלי אלקטרודה הדמיה. התמונה של דמות 5a מייצג את התנאי התמקדות אופטימלית, יחס של 0.700 בין repeller ב extractor. שינויים קטנים אפילו ל היחס הזה (על-ידי שינוי המתח אלקטרודה repeller ב או חולץ) פוגמים הרזולוציה מהירות. איור 5b מראה תמונה שהושג לאחר הפחתת היחס 0.686 (כלומר., קצת יותר מ 3%). זה ברור, הן בתמונה והן הספקטרום הנלווה שזה כבר לא ניתן להבחין בשני המעברים בספקטרום. למעשה, מידת הדיוק של הכוח אספקה למקומות אלקטרודות הדמיה מגבלה של אפקטיביות של המיפוי.

תמונות צריך להציג ארבעה סימטריה. בניסוי כל הטבע הסתברותית של גילוי האלקטרון תמיד יוביל סטיות קטנות של ציפייה זו. עם זאת, ההשפעה של חלקיקים אחרים (אלקטרונים, יונים או תווים נייטרליים) על הגלאי יכול להוביל סטיות חמורות. לדוגמה, איור 5 ג מראה אזור מאוד בולט בעוצמה גבוהה נכון ברבע העליון. זו היא התוצאה של יונים או נייטרליים (הופק עקב photodetachment או autodetachment) על הגלאי. התכונה בעוצמה נמוכה יחסית רחב, בספקטרום שבין 0.1-0.2 eV הוא התוצאה של השפעות אלה שאינם אלקטרונים. במקרה הנוכחי, הבעיה יכולה לטפל באופן מתמטי, פשוט על ידי הסרת הנתונים הרביע הימני העליון מניתוח. ניתן גם לשנות גורמים ניסיוני, בניסיון להסיר את האות כדין. דוגמאות מניפולציה זהיר העיתוי של הדופק הדמיה אלקטרון (F2), אפליה המונית באמצעות העיתוי של הבורר פוטנציאליים (E1) או החדרת (קרן) electrostatically טעונה צלחות להסיט את יונים רצויה מן הגילוי אזור.

פוסט עיבוד תמונה אוסף יכול להשפיע גם על מהירות (ואת האנרגיה הקינטית ומכאן) ברזולוציה של ספקטרה, ניתוח כמותי של ההפצות זוויתי. איור 6a מראה את החשיבות של בחירת מרכז הנכון של התמונה לפני ההיפוך הבל טרנספורמציה. הקשת אדום מופק מן התמונה− F מנופה ל n = 10, באמצעות המרכז הטוב ביותר. ספקטרום אחרים מייצגים ניתוח של התמונה נשברתי באמצעות מרכזי עם קואורדינטת y של המרכז שצוין גדלה בכ-1 (כחול), 2 (ירוק) או 3 פיקסלים (כתום). עוד מרכז שבחרת שונה יותר ממרכז התמונה האמיתית של הספקטרום להרחיב, במיוחד בבסיס של המעברים ולהתחיל שתי הפסגות מתמזגים. בנוסף, תועה שדות חיצוניים (חשמל ומגנטיות) פגמים אפילו בעין המצלמה להוביל עיוות של תמונות כאלה המעברים לא מציגות כתכונות מעגלי מושלם. שילוב מעל כל הזוויות ברדיוס מסוים יוביל הרחבה ניכרת של המעבר. דוגמאות מוצגות באיור איור 6b, c עבור התמונה− F (מנופה ל n = 4) של איור 1a. השוואה של הספקטרום מעגל המיוצר על ידי שילוב בין שני מקטעים שונים של הטווח זוויתי (5° מעלות פרוסות על 36.5 ° (אדום) ו- ° 86.5 (כחול)) מוצג באיור 6b. אמנם שתי תכונות בספקטרום ניכר בבירור זה גם ניכר כי maxima שלהם נמצאים רדיוס שונה במקצת (302 ו 306 2P3/2 מעבר-36.5 ° ו 86.5 ° בהתאמה). עוד השוואה עם הקשת תחום רדיאלי משולב על-פני הטווח מלא זוויתי (איור 6b אפור מוצל ספקטרום בו תוגדל, כדי להקל על הצפייה) מציג את השפעת העיוות הרחבת הספקטרום. איור 6 ג (אדום) מציג את תחום eKE, ספקטרום אינטגרטיבי של תמונה מעוותת. דרוג רדיאלי (כפונקציה של זווית) לפני ההמרה לתחום האנרגיה מאפשר תיקון וכתוצאה מכך המעברים בהרבה ראיתי את הספקטרום הכחול אינטגרטיבי של איור 6 c42,47. זה הקשת במקור שמוצג באיור 4b אבל עם קנה המידה של אנרגיה התרחב יותר להמחיש את השפעת עיוות רדיאלי התלויים זוויתי.

Figure 1
איור 1. WUSTL אניון photoelectron הדמיה ספקטרומטר. תצוגה חיצונית של מערכת ואקום מוצג בחלק העליון. התרשים מדגים את הפריסה של מרכיבים חשובים הניסוי. אלמנטים שוכב בתוך אזור מוצל נמצאים תחת ואקום. ראו פרטים נוספים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
באיור 2. איורים סכמטי של הפרשות DC ו VMI עדשה הרכבות. (א) אניונים הנוצרים כאשר דופק גז נע דרך המקור פריקה. (b) אלקטרונים המיוצר בנקודת החיתוך של יונים, קרני לייזר ממוקדים (בחלל מומנטום) על גבי גלאי MCP על ידי שליטה החשמלי Extractor ו repeller. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3. ניסוי שליטה. הגנרטורים עיכוב דיגיטלי שני (DDG) מאפשרים שליטה מדויקת של הרצף תזמון ניסיוני. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
באיור 4. נציג תוצאה. (א) Photoelectron תמונה (משמאל חצי) וההופכית הבל שינוי צורה (חצי נכון) עבור F− בחבורה 4.00 eV. (b) הספקטרום photoelectron מכיל שני מעברים המקבילים בשתי הטבעות ראה בתמונה. (ג) ההפצות זוויתי photoelectron עבור כל המעבר בספקטרום (עיגולים אדומים ←2P3/2, העיגולים הכחולים ←2P1/2) להראות שהתפלגות האלקטרונים בכל מקרה הוא מאונך מקוטב חברת החשמל וקטור של הקרינה (חדוהp). (ד) כאשר קנה המידה ביחס שלהם maxima בהתאמה, ההפצות זוויתי לכל ערוץ זהים כמעט. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5. אופטימלית ותמונות photoelectron אופטימליות עבור F− בחבורה 4.00 eV. הדימויים המוצגים הם מנופה ל n = 10. (א) תמונה VMI אופטימלית תוך התמקדות תנאי (היחס בין 0.700) בסה כ מציג פסגות צר, ובכן נפתרה בספקטרום. (b) תמונה עם התמקדות VMI יחס של 0.686 - שני המעברים כבר לא ניתן להבחנה הספקטרום או בתמונה. (ג) ההשפעה של יונים תועה על גלאי חופפת photoelectrons. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6. תמונה/עיבוד ניתוח תופעות. (א) Photoelectron ספקטרה מוצגים מחולץ מהתמונה של איור 4a עם הערכות שונות במרכז התמונה. (b) סטייה מעגליות בתמונה מוביל לאובדן של רזולוציה. התכונות בספקטרום משולב באופן מלא זוויתי (מוצללים אפור) הן רחבה הרבה יותר מאלה של מקטעים בודדים זוויתי של התמונה. (ג) השפעת העיוות (ספקטרום אדום) ניתן לתקן מתמטית לשחזר את הפתרון המלא של הגלאי (הספקטרום הכחול). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

תיאור משך (μs) עיכוב (μs) יחסית
A1 זרבובית פעמו 700 0 DDG1
B1 DDG2 על ההדק 0 DDG1
C1 פריקה 70 640 A1
D1 יון החילוץ 7 235 C1
E1 מתג פוטנציאליים 6 0 D1
F1 ההדק אוסצילוסקופ 0 D1
E2 המצלמה על ההדק 0 B1
F2 הדמיה דופק 1 180.13 H2
G2 לייזר פלט (Q בורר) 180.94 H2
H2 לייזר טריגר (המנורה פלאש) 590 B1

טבלה 1. ניסוי הדופק תזמון. התזמון של הרצף הדופק נשלט על ידי DDGs להשתמש באוסף של התמונה באיור 4a.

תיאור מתח (kV)
V1 הפרשות פעמו מתח גבוה −2.4
V2 יון החילוץ הדופק מתח גבוה −1.48
V3 יון האצת מתח 2.45
רכיבי החיצוני Einzel עדשה
פוטנציאל בורר מתח גבוה
שכבת ביטול V4 יון Einzel עדשה יסוד מרכזי 1.4
V5 אלקטרון הדמיה עדשה repeller −0.700
שכבת ביטול V6 אלקטרון הדמיה עדשה חולץ −0.497
מצב יון
V7 ת כניסה 0.95
V8 MCP יציאה 2.51
V9 MCP מתח 3.0
במצב הדמיה
V7 ת כניסה 0.0
V8 MCP יציאה 1.0
V9 MCP מתח 1.0
V10 MCP הדופק מתח גבוה 1.75
V11 מסך פוספור מצב יון 3.2
במצב הדמיה 6.0

בטבלה 2. המתחים יישומית. מתח מסוים חלה על רכיבי כלי לדור של התמונה באיור 4a.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

שני גורמים הם קריטיים במיוחד להצלחת פרוטוקול המתואר. התנאים הטובים ביותר של מיפוי מהירות ניתן להיקבע, יותר ויותר חשוב, לייצר תשואה מספקת והשעה יחסית הקבועה של אניון הרצוי. בנוגע VMI מיקוד השלבים, השלבים 5.2 ו- 5.3 יש לחזור במשולב עם התמונה ניתוח כדי לקבוע את התנאי אשר נותן את תכונות התמונה החדה (הצר). כוונון עדין של המתח אלקטרודה (V5 ו- V6) מושפע את הגודל והמיקום של הצומת קרן יון ולייזר, למרות ברגע התנאים האופטימליים הושגו עבור מערכת נתונה המכשיר נשאר יציב. החשוב ביותר הוא היכולת לייצר של אניון מסוים. שמתי לב נזהר iteratively זיקוק התנאים מקור יון (כניסת הגז הלחץ והלחנה, הפרשות חומרים אלקטרודה, ואקום קאמרית הלחץ, משך פעימה גז, קוטר הנחיר, לשחרר מתח דופק, הפרשות תזמון דופק ו פריקה משך פעימה) בשלבים 1-3 הוא המפתח. פעולה זו דורשת המניפולציה של מספר רב של פרמטרים בעת אתחול חקר יון נתון. עם זאת, הדבר מאפשר לה במידה רבה של גמישות גם בסוגי יונים זה יכול להיות מיוצר באמצעות מקור פריקה. יישום של אבלציה לייזר40, האלקטרונים השפעה יינון19וטכניקות entrainment41 מקורות יחד עם רבים אחרים בשימוש נפוץ המוני spectrometric היא פשוטה יחסית עם פלייבק קלה בלבד שינוי. בפרט, שיטות ספקטרומטריית electrospray יש כבר בהצלחה מועסקים התוצרת המוני מינים גבוה יותר, אניונים כפליים טעונה10,48.

ספקטרוסקופיה photoelectron אניון משמש בדרך כלל כדי לחקור מחוזות אנרגיה פוטנציאלית נייטרלי משטחים שאינם נגישים טכניקות כגון אינפרה אדום בליעה. כללי הבחירה עבור photodetachment הם פחות מגבילה, המאפשר גישה למגוון של מדינות vibronic נייטרלית. בנוסף, תשלום הטבועה אניון מאפשר מינים סלקטיביות, אלקטרון בדרך כלל ניתן להסיר באמצעות מקורות אור גלוי/UV הנמכרים. של ערכות זיהוי photoelectron נפוץ יישומית (בקבוק מגנטי ספקטרומטר49,50,51,מנתח המיספרי52, הדמיה photoelectron) הגישה הדמיה מקנה מספר יתרונות. הרגישות זיהוי הוא אחיד בכלל אלקטרון נמוך מאוד האנרגיות, טכניקת דימות יעיל מיסודו (באופן עקרוני כל photoelectrons להגיע הגלאי) הדמיה בו-זמנית ורושם ההתפלגות זוויתי photoelectron עבור כל מעבר בספקטרום ב מידה יחיד. כאשר משולב עם מקור פוטון tunable, אניון photoelectron הדמיה מספק גם גישה אלטרנטיבית ניסויים פיזור אלקטרונים במחקר של הברית והשלמת אניון (אלקטרון פיזור מגנטיים).

השיטות לזיהוי הדמיה של חלקיקים טעונים בניסויים אלה מוגבלים בעיקרו למחקר של מינים בשלב גז (או לפחות, vacuo). הגלאי MCP דורש תנאי לחץ נמוך, האזור של האינטראקציה בין פוטונים יונים חייב להיות קטן ככל האפשר, אניונים לדרוש נתיב חופשי רשע גדול מאורכו TOF ודורשים האלקטרונים יוצאות חופשי ממוצע זה חורג באופן משמעותי את המרחק בין האזור אינטראקציה והגלאי כדי לשמר את הקשר בין האירוע הניתוק לבין ההתפלגות אלקטרון שזוהו. עם זאת, מחקרים של אשכול אניונים תשואות תובנות לשייכות שלבים מצומצמת יותר. לדוגמה, ניתן למדוד את הכוח של יוצרות אינטראקציות בין של אניון X−, מולקולות נייטרלים מ' על ידי השוואה של X− ו- X−· Mn ספקטרה, איפה X−· Mn היא מערכת מאוגד באמצעות האינטראקציות יון מולקולה.

הניסויים השתמש תוף-MS כדי להפריד את אניונים הופק במקור פריקה. עם זאת, מתעוררות מצבים שבו יש קיצון מרובים על פני אנרגיה פוטנציאלית קבוצה נתונה של אטומים. מנגנון ייצור יון מורכב, השמנה קינטית יכול להוביל הנוכחות של איזומר יציב אניון מולקולרי אחד או יותר, או אשכול אניון conformer אשר אינם ספרבילית מאת המיסה המכשיר שלנו. מינים אלה בדרך כלל יש חתימות ספקטרליות שונות ו/או הפצות זוויתי photoelectron שונים אשר עשויים לאפשר זיהוי ואפיון של isomers/conformers אבל יכול גם לסבך את הניתוח.

מבחינת eKE, ספקטרוסקופיה photoelectron נוטה להיות טכניקה ברזולוציה נמוכה יחסית, חיסרון הדמיה הרזולוציה תחום האנרגיה מחמיר ככל eKE עליות. ביחס טכניקות אחרות photoelectron זה צריך להיות שקולה כנגד היכולת לזהות כל51,photoelectrons (בהשוואה עם החלון אוסף קטן זווית מרחבית של analyser אנרגיה המיספרי)52 עם המדים יעילות מעל כל האנרגיות (בהשוואה עם הירידה יעילות עבור בקבוק מגנטי ספקטרומטר49,50 -אנרגיות נמוכות). תכנון זהיר, שליטה על ניסיוני תנאים32,42, centroiding43 ו עיוות תיקון42,47 יכול להשיג eKE רזולוציה (ΔeKE/eKE) < 0.5%32. 36,42,53ורזולוציית מוחלטת של < 1.5 ס מ− 1 -נמוך מאוד eKE הושגה את הטכניקה הקשורים קשר הדוק SEVI (אלקטרון איטי מהירות ממופות הדמיה)54. עבור מינים מולקולרית שילוב של מלכודות יונים קירור לשלב הייצור יון גם שמשביחים הרזולוציה ספקטרלי מושגת על-ידי צמצום ההתפלגות של אב שהוכנה אניון הברית הפנימית55,56 .

אחד היישומים המבטיחים ביותר של VMI ב ספקטרוסקופיה photoelectron היא היכולת להשתמש בשילוב עם מקור לייזר tunable. התלות האנרגיה של פוטון של ספקטרה, הפצות זוויתי יכול להעביר מידע הנוגע למדינות אניון נרגש. בדרך כלל, מדינות אלו הן ובחן באמצעות פיזור אלקטרונים. הגישה photodetachment היא חלופה המאפשר שליטה טובה על האנרגיה של אלקטרונים בצורה מכרעת את התקרית אלקטרון מסלולית תנע זוויתי אשר יש לו את הפוטנציאל לחשוף רמה גבוהה של פירוט לגבי האינטראקציה אלקטרון לנייטרלי. עבור הדמיה שאינם photodetachment, ניסויים אלה הם זמן מאוד אינטנסיבי. עם זאת, היעילות של VMI עושה ניסויים אלה ריאלי. היישום של הגישה O2− הראו התלות הרטט של57,התפלגות זוויתי58. אולי יותר מסקרן, מאפשר היכולת לכוון את האנרגיה של פוטון עירור, דרך מדינות אניון נרגש לאחר מכן לאבד אלקטרון דרך autodetachment. אלו הן הברית פיזור אלקטרונים-נייטרלי. כאשר אנרגית הפוטון מגיע לתוך בתהודה עם רמה פנימית (rovibronic) של אניון מתרגשת, השינויים ההסתברות הקליטה המשפיעים על התשואה photoelectron. הקשת פעולה (yield photoelectron כפונקציה של פוטון אנרגיה) חושף פרטים של רמות פנימיים של המדינה נרגשת. יתר על כן, הרזולוציה של הספקטרום פעולה מוגבל על ידי הרזולוציה לייזר, לא את גלאי VMI. לכן ניתן להגיע לפתרון (לפחות חלקית) rovibronic מעברים. יישום פיתוח של הטכניקה חשף את המיקום ואת הטבע של המדינות השונות נרגש, והשלמת של AgF− , CuF−59,60 (דרך ההפצות זוויתי), המבנה המסתובבת קשורה עם רמות הרטט autodetaching של CH2CN− דיפול מאוגד המדינה61. המידע הנקלט בניסויים כזה הוא חיוני לפתח הבנה של מאוגד והשלמת (אלקטרון-מולקולה פיזור מגנטיים) שלילי הברית יון, הפתח מדינות להפחתת כימית, תהליכי ניתוק קובץ מצורף, יון מולקולה אינטראקציות. התוצאות מייצגים בדיקות חיוניות של שיטות תיאורטיות גבוהה ברמת ab initio , במיוחד אלה אשר מתייחסים מאוד בקורלציה מערכות ו/או הברית הלא-נייחים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים יש אין מתחרים אינטרסים כלכליים או אחרים ניגודי עניינים.

Acknowledgments

חומר זה מתבסס על עבודה הנתמכים על ידי הקרן הלאומית למדע תחת צ'ה - 1566157

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Digital Delay Generators Berkeley Nucleonics Corp. 565-8c DDG1
Digital Delay Generators Berkeley Nucleonics Corp. 577-8c DDG2
HV Power Supplies Stanford Research Systems PS325 V3
HV Power Supplies Stanford Research Systems PS325 V2
HV Power Supplies Stanford Research Systems PS325 V5
HV Power Supplies Burle Inc. PF1053 V9
HV Power Supplies Burle Inc. PF1053 V4
HV Power Supplies Burle Inc. PF1053 V10
HV Power Supplies Burle Inc. PF1054 V9,V11
HV Power Supplies Bertan 205B-05R V6
HV Pulsers Directed Energy Inc. PVX-4150 V2
HV Pulsers Directed Energy Inc. PVX-4140 V1
HV Pulsers Directed Energy Inc. PVX-4140 V11
HV Pulsers Directed Energy Inc. PVX-4140 V3
Pulsed Nozzle Driver Parker Hannifin (General Valve) Iota-One
Pulsed Nozzle Parker Hannifin (General Valve) Series 9
Camera Imperx VGA120
Imaging Detector Beam Imaging Systems BOS40
Oscilloscope LeCroy Wavejet 334
Photodiode ThorLabs DET10A
Diffusion Pump Leybold DIP 8000
2×Turbo Pump Leybold TMP361
Rotary Pump Leybold D40B
2×Rotary Pump Leybold D16B
Oxygen Gas Praxair OX 5.0RS
Tunable Laser Spectra Physics Sirah Dye Laser Cobra-Stretch
Pump laser for Dye Laser Sepctra Physics Nd:YAG INDI-10

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Sanov, A., Mabbs, R. Photoelectron imaging of negative ions. International Reviews in Physical Chemistry. 27 (1), 53-85 (2008).
  2. Chandler, D. W., Houston, P. L. Two-dimensional imaging of state-selected photodissociation products detected by multiphoton ionization. Journal of Chemical Physics. 87 (2), 1445-1447 (1987).
  3. Chandler, D. W., Cline, J. I. Ion imaging applied to the study of chemical dynamics. Advanced series in physical chemistry. 14 (1), 61 (2004).
  4. Whitaker, B. J. Imaging in molecular dynamics technology and applications. , Cambridge University Press. (2004).
  5. Eppink, A. T. J. B., Parker, D. H. Velocity map imaging of ions and electrons using electrostatic lenses - application in photoelectron and photofragment ion imaging of molecular-oxygen. Review of Scientific Instruments. 68 (9), 3477-3484 (1997).
  6. Davis, A. V., Wester, R., Bragg, A. E., Neumark, D. M. Time resolved photoelectron imaging of the photodissociation of I2-. Journal of Chemical Physics. 118 (3), 999-1002 (2003).
  7. Mabbs, R., Pichugin, K., Surber, E., Sanov, A. Time resolved electron detachment imaging of the I- channel in I2Br- photodissociation. Journal of Chemical Physics. 121 (1), 265-271 (2004).
  8. Mabbs, R., Pichugin, K., Sanov, A. Time Resolved imaging of the reaction coordinate. Journal of Chemical Physics. 122 (17), 174305 (2005).
  9. Mabbs, R., Pichugin, K., Sanov, A. Dynamic molecular interferometer: Probe of inversion symmetry in I2- photodissociation. Journal of Chemical Physics. 123 (5), 054329 (2005).
  10. Li, W. -L., et al. Photodissociation dynamics of the iodide-uracil (I-U) complex. Journal of Chemical Physics. 145 (4), 044319 (2016).
  11. King, S. B., Yandell, M. A., Stephansen, A. B., Neumark, D. M. Time-resolved radiation chemistry: Dynamics of electron attachment to uracil following UV excitation of iodide-uracil complexes. Journal of Chemical Physics. 141 (22), 224310 (2014).
  12. Yandell, M. A., King, S. B., Neumark, D. M. Time-resolved radiation chemistry: Photoelectron imaging of transient negative ions of nucleobases. Journal of the American Chemical Society. 135 (6), 2128-2131 (2013).
  13. King, S. B., Yandell, M. A., Neumark, D. M. Time-resolved photoelectron imaging of the iodide-thymine and iodide-uracil binary cluster systems. Faraday Dicsussions. 163, 59-72 (2013).
  14. King, S. B., et al. Electron accomodation dynamics in the DNA base thymine. Journal of Chemical Physics. 143 (2), 024312 (2015).
  15. Stephansen, A. B., et al. Dynamics of dipole- and valence bound anions in iodide-adenine binart complexes: A time-resolved photoelectron imaging and quantum mechanical investigation. Journal of Chemical Physics. 143 (10), 104308 (2015).
  16. Kunin, A., Li, W. -L., Neumark, D. M. Time-resolved photoelectron imaging of iodide-nitromethane (I−·CH3NO2) photodissociation dynamics. Physical Chemistry Chemical Physics. 18 (48), 33226-33232 (2016).
  17. Yandell, M. A., King, S. B., Neumark, D. M. Decay dynamics of nascent acetonitrile and nitromethane dipole-bound anions produced by intracluster charge-transfer. Journal of Chemical Physics. 140 (18), 184317 (2014).
  18. Mabbs, R., Holtgrewe, N., Dao, D., Lasinski, J. Photodetachment and photodissociation of the linear CuO2− molecular anion: Energy and time dependence of Cu− production. Physical Chemistry Chemical Physics. 16 (2), 497-504 (2014).
  19. Mbaiwa, F., Van Duzor, M., Wei, J., Mabbs, R. Direct and auto-detachment in the iodide-pyrrole cluster anion: The role of dipole bound and neutral cluster states. Journal of Physical Chemistry A. 114 (3), 1539-1547 (2010).
  20. Osborn, D. L., Leahy, D. J., Cyr, D. M., Neumark, D. M. Photodissociation spectroscopy and dynamics of the N2O2− anion. Journal of Chemical Physics. 104 (13), 5026-5039 (1996).
  21. Wiley, W. C., McLaren, I. H. Time-of-flight mass spectrometer with improved resolution. Review of Scientific Instruments. 26 (12), 1150-1157 (1955).
  22. Posey, L. A., DeLuca, M. J., Johnson, M. A. Demonstration of a pulsed photoelectron spectrometer on mass selected negative ions: O-, O2-, AND O4-. Chemical Physics Letters. 131 (3), 170-174 (1986).
  23. Born, M. The statistical interpretation of Quantum Mechanics. Nobel Lecture. , (1954).
  24. Dribinski, V., Ossadtchi, A., Mandelshtam, V. A., Reisler, H. Reconstruction of Abel-transformed images: The Gaussian basis set expansion Abel transform method. Review of Scientific Instruments. 73 (7), 2634-2642 (2002).
  25. Hansen, E. W., Law, P. -L. Recursive methods for computing the Abel transform and its inverse. Journal of the Optical Society of America A. 2 (4), 510-519 (1985).
  26. Dasch, C. J. One-dimensional tomography: a comparison of Abel, onion-peeling, and filtered backprojection methods. Applied Optics. 31 (8), 1146-1152 (1992).
  27. Manzhos, S., Loock, H. -P. Photofragment image analysis using the Onion-Peeling algorithm. Computer Physics Communications. 154 (1), 76-87 (2003).
  28. Van Duzor, M., Mbaiwa, F., Wei, J., Mabbs, R. The effect of intra-cluster photoelectron interactions on the angular distribution in I-CH3I photodetachment. Journal of Chemical Physics. 131 (20), 204306 (2009).
  29. Surber, E., Ananthavel, S. P., Sanov, A. Nonexistent electron affinity of OCS and the stabilization of carbonyl sulfide anions by gas phase hydration. Journal of Chemical Physics. 116 (5), 1920-1929 (2002).
  30. Velarde, L., Habteyes, T., Sanov, A. Photodetachment and photofragmentation pathwaysin the [(CO2)2(H2O)m]− cluster anions. Journal of Chemical Physics. 125 (11), 114303 (2006).
  31. Rathbone, G. J., Sanford, T., Andrews, D., Lineberger, W. C. Photoelectron imaging spectroscopy of Cu-(H2O)1,2 anion complexes. Chemical Physics Letters. 401 (4-6), 570-574 (2005).
  32. Leon, I., Yang, Z., Liu, H. -T., Wang, L. -S. The design and construction of a high-resolution velocity-map imaging apparatus for photoelectron spectroscopy studies of size-selected clusters. Review of Scientific Instruments. 85 (8), 083106 (2014).
  33. Silva, W. R., Cao, W., Yang, D. -S. Low-energy photoelectron imaging spectrsocopy of Lan(benzene) (n = 1 and 2). Journal of Physical Chemistry A. 121 (44), 8440-8447 (2017).
  34. Mann, J. E., Troyer, M. E., Jarrold, C. C. Photoelectron imaging and photodissociation of ozonide in O3-·(O2)n (n = 1-4) clusters. Journal of Chemical Physics. 142 (12), 124305 (2015).
  35. Horke, D. A., Roberts, G. M., Lecointre, J., Verlet, J. R. R. Velocity-map imaging at low extraction fields. Review of Scientific Instruments. 83 (6), 063101 (2012).
  36. Osterwalder, A., Nee, M. J., Zhou, J., Neumark, D. M. High resolution photodetachment spectroscopy of negative ions via slow photoelectron imaging. Journal of Chemical Physics. 121 (13), 6317-6322 (2004).
  37. Liu, Q. -Y., et al. Photoelectron imaging spectrsocopy of MoC- and NbN- diatomic anions: a comparitive study. Journal of Chemical Physics. 142 (16), 164301 (2015).
  38. Sobhy, M. A., Castleman, A. W. Photoelectron imaging of copper and silver mono- and diamine anions. Journal of Chemical Physics. 126 (15), 154314 (2007).
  39. Qin, Z., Wu, X., Tang, Z. Note: A novel dual-channel time-of-flight mass spectrometer for photoelectron imaging spectroscopy. Review of Scientific Instruments. 84 (6), 066108 (2013).
  40. Xie, H., et al. Probing the structural and electronic properties of AgnH− (n = 1-3) using photoelectron imaging and theoretical calculations. Journal of Chemical Physics. 136 (18), 184312 (2012).
  41. Adams, C. L., Schneider, H., Ervin, K. M., Weber, J. M. Low-energy photoelectron imaging spectroscopy of nitromethane anions: Electron affinity, vibrational features, anisotropies, and the dipole-bound state. Journal of Chemical Physics. 130 (7), 074307 (2009).
  42. Cavanagh, S. J., et al. High-Resolution velocity map imaging photoelectron spectroscopy of the O- photodetachment fine-structure transitions. Physical Review A. 76 (5), 052708 (2007).
  43. Li, W., Chambreau, S. D., Lahankar, S. A., Suits, A. G. Megapixel imaging with standard video. Review of Scientific Instruments. 76 (6), 063106 (2005).
  44. Blondel, C., Delsart, C., Goldfarb, F. Electron spectrometry at the µeV level and the electron affinities of Si and F. Journal of Physics B. 34 (9), L281-L288 (2001).
  45. Mabbs, R., Grumbling, E. R., Pichugin, K., Sanov, A. Photoelectron imaging: An experimental window into electronic structure. Chemical Society Reviews. 38 (8), 2169-2177 (2009).
  46. Grumbling, E. R., Pichugin, K., Mabbs, R., Sanov, A. Photoelectron Imaging as a quantum chemistry visualization tool. Journal of Chemical Education. 88 (11), 1515-1520 (2011).
  47. Gascooke, J. R., Gibson, S. T., Lawrance, W. D. A "circularisation" method to repair deformations and determine the centre of velocity map images. Journal of Chemical Physic. 147 (1), 013924 (2017).
  48. Xing, X. -P., Wang, X. -B., Wang, L. -S. Photoelectron angular distribution and molecular structure in multiply charged anions. Journal of Physical Chemistry A. 113 (6), 945-948 (2008).
  49. Tsuboi, T., Xu, E. Y., Bae, Y. K., Gillen, K. T. Magnetic bottle electron spectrometer using permanent magnets. Review of Scientific Instruments. 59 (6), 1357-1362 (1988).
  50. Kruit, P., Read, F. H. Magnetic field paralleliser for 2π electron-spectrometer and electron image magnifier. Journal of Physics E. 16 (4), 313-324 (1983).
  51. Travers, M. J., Cowles, D. C., Clifford, E. P., Ellison, G. B., Engelking, P. C. Photoelectron spectroscopy of the CH3N- ion. Journal of Chemical Physics. 111 (12), 5349-5360 (1999).
  52. Ellis, H. B. Jr, Ellison, G. B. Photoelectron spectroscopy of HNO− and DNO−. Journal of Chemical Physics. 78 (11), 6541-6558 (1983).
  53. Cavanagh, S. J., Gibson, S. T., Lewis, B. R. High-resolution photoelectron spectroscopy of linear← bent polyatomic photodetachment transitions: The electron affinity of CS2. Journal of Chemical Physics. 137 (14), 144304 (2012).
  54. Neumark, D. M. Slow electron velocity-map imaging of negative Ions: Applications to spectroscopy and dynamics. The Journal of Physical Chemistry A. 112 (51), 13287-13301 (2008).
  55. Weichman, M. L., Kim, J. B., Neumark, D. M. Rovibronic structure in slow photoelectron velocity-map imaging spectroscopy of CH2CN- and CD2CN-. Journal of Chemical Physics. 140 (10), 104305 (2014).
  56. Huang, D. -L., Zhu, G. -Z., Liu, Y., Wang, L. -S. Photodetachment spectroscopy and resonant photoelectron imaging of cryogenically-cooled deprotonated 2-hydroxypyrimidine anions. Journal of Molecular Spectroscopy. 332, 86-93 (2017).
  57. Van Duzor, M., et al. Vibronic coupling in the superoxide anion: The vibrational dependence of the photoelectron angular distribution. Journal of Chemical Physics. 133 (17), 174311 (2010).
  58. Mabbs, R., et al. Observation of vibration-dependent electron anisotropy in O2- photodetachment. Physical Review A. 82 (1), (2010).
  59. Dao, D. B., Mabbs, R. The effect of the dipole bound state on AgF− vibrationally resolved photodetachment cross sections and photoelectron angular distributions. Journal of Chemical Physics. 141 (15), 154304 (2014).
  60. Jagau, T. C., Dao, D. B., Holtgrewe, N., Krylov, A. I., Mabbs, R. Same but Different: Dipole-Stabilized Shape Resonances in CuF− and AgF. Journal of Physical Chemistry Letters. 6 (14), 2786-2793 (2015).
  61. Lyle, J., Wedig, O., Gulania, S., Krylov, A. I., Mabbs, R. Channel branching ratios in CH2CN−photodetachment: Rotational structure and vibrational energy redistribution in autodetachment. Journal of Chemical Physics. 147 (23), 234309 (2017).

Tags

כימיה גיליון 137 פיזיקה כימית כימיה פיזיקלית ספקטרוסקופיה photoelectron גז שלב אניונים מהירות ממופות הדמיה מבנה אלקטרונית
Photoelectron הדמיה של אניונים מאויר על ידי ניתוק 310 ננומטר F<sup>−</sup>
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lyle, J., Chandramoulee, S. R.,… More

Lyle, J., Chandramoulee, S. R., Hart, C. A., Mabbs, R. Photoelectron Imaging of Anions Illustrated by 310 Nm Detachment of F−. J. Vis. Exp. (137), e57989, doi:10.3791/57989 (2018).

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