Waiting
Login processing...

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

Chemistry

F− 310 Nm dekolmanı tarafından resimli anyon photoelectron görüntüleme

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

Summary

Burada, bir protokol photoelectron görüntüleme anyonik türler için mevcut. Buna vacuo oluşturulan ve kütle spektrometresi tarafından ayrılmış anyon Imaging, anyon ve nötr enerji düzeyleri, anyon ve tarafsız yapı ayrıntılarını ve anyon elektronik devlet niteliğini veren eşlenen hız photoelectron kullanarak probed.

Abstract

Anyon photoelectron görüntüleme enerji Birleşik ilişkili negatif iyonlar, tarafsız türler ve nötr moleküller/atomları ile ilişkisiz elektron etkileşimleri incelenmesi için çok etkili bir yöntemdir. State-of--art ın vacuo anyon üretim teknikleri geniş bir atomik, uygulamaya moleküler izin ve anyon sistemleri küme. Bunlar ayrılır ve uçuş zaman kütle spektrometresi kullanarak seçili. Elektron doğrusal polarize fotonlar (fotoğraf dekolmanı) üzerinden kızıl ötesi çevre ultraviyole için uyarma enerjileri için hazır erişim sağlayan masa üstü lazer kaynakları kullanma tarafından kaldırılır. Photoelectrons bir hız ile tespit görüntüleme objektif ve hassas dedektörü ilke olarak, her photoelectron Dedektör ulaştığı anlamına gelir pozisyon eşlenen ve algılama verimliliği tüm kinetik enerjileri için üniforma. İmge yolu ile matematiksel imar ters Abel dönüştürme kullanarak elde photoelectron spectra anyon iç enerji devlet dağıtım ve sonuç nötr enerji Birleşik ayrıntılarını ortaya koyuyor. Düşük elektron kinetik enerji tipik çözünürlük enerji düzeyi farklılıkları bir kaç millielectron-volt, yani, farklı titreşim düzeyleri moleküler türlerin veya spin-yörünge atomlar bölme için sırasına ortaya çıkarmak yeterlidir. Tersini Abel dönüştürme çıkarılan photoelectron açısal dağılımları, elektronik yapısını sondalama daha ayrıntılı izin ilişkili elektron orbital imzalar temsil eder. Spectra ve açısal dağıtımları da giden elektron ve uyarma sonraki kalan tarafsız türler arasındaki etkileşimler ayrıntılarını kodlamak. Teknik bir atomik anyon (F−) için uygulama tarafından resimli, ama da uygulanabilir moleküler anyon spektroskopisi ölçümü, düşük yalancı anyon rezonanslar (alternatif saçılma deneyler) olarak ve femtosecond (çalışma FS) zaman anyon Dinamik evrimi çalışmaların çözüldü.

Introduction

Anyon photoelectron görüntüleme1 photoelectron spektroskopisi üzerinde bir varyantıdır ve Atom/moleküler elektronik yapısı güçlü bir sonda ve elektron ve tarafsız türler arasındaki etkileşimler temsil eder. Elde ettiği bilgileri temel bağlı anlayış gelişmekte olan ve metastable (elektron-molekül saçılma rezonanslar) negatif iyon Devletler, kimyasal azaltma, disosiyatif ek işlemler ve iyon-molekül için kapı durumları etkileşimler. Ayrıca, sonuçları hayati testleri yüksek düzey ab initio teorik yöntemleri sağlar, sistemleri ve/veya sabit olmayan Devletler özellikle bu tasarlanmış son derece ile başa çıkmak için korelasyon.

Teknik iyon üretim, kütle spektrometresi ve ücretli2,3,4 hassas elektronik sonda için (ve küçük moleküller, titreşim) yapısı Imaging parçacık birleştirir. Anyonik türler çalışmak iyi kitle seçicilik uçuş kütle spektrometresi (TOF-MS) süreli sağlamaktadır. Görünür/yakın ultraviyole (UV) fotonlar tablo üst lazer kaynakları kullanımına izin veren aşırı elektron kaldırmak için yeterince enerjik. Anyon kullanımı ek bir yararı enerji rejimler altında elektron ve nötr atomların/molekülleri güçlü etkileşim temsil photoexcite düşük, kararsız anyonik Birleşik için yeteneğidir. Eşlenen hız görüntüleme5 (VMI) kullanımı Tekdüzen algılama verimliliği, düşük elektron kinetik enerjileri, bile tanıyor, tüm çkarlyor photoelectrons izler ve aynı anda büyüklüğü ve onların hızları yönünü ortaya çıkarır.

Deneysel sonuçlar photoelectron spectra (üst anyon iç enerji dağıtımları ayrıntılarını) ve kızı tarafsız iç devletler enerjisi ve photoelectron açısal dağılımları bulunduğu photoelectron görüntülerdir (ile ilgili Elektron önce dekolmanı yörünge). Bu teknik özellikle ilginç bir uygulama fs zaman çözüldü çalışmalarda bulunur. Ve bir ilk ultrafast lazer darbe (pompa) Dissosiyatif anyon elektronik devlet heyecanlandıran bir saniye geçici ultrafast darbe (soruşturma) gecikmiş sonra heyecanlı anyon elektron ayırır. Pompa-sonda zaman farkı kontrolünü enerji Birleşik sistem ve sistemin boşluklardır değişen doğası atomik motion ölçeğinde takip eder. Örnekler photodissociation ı2− ve diğer interhalogen türler6,7,8,9, parçalanma ve/veya elektron konaklama ı−·uracil 10,11,12,13, ben−·thymine13,14, ben−·adenine15, ben−·nitromethane16, 17 ve−·acetonitrile17 küme anyon ve şimdiye kadar beklenmedik şekilde uzun zaman ölçeği için Cu− atomik anyon üretim CuO2− photoexcitation sonra Vahiy 18.

Şekil 1 Washington Üniversitesi St. Louis (WUSTL) anyon photoelectron görüntüleme spektrometresi19' gösterir. Araç üç differentially pompalanan bölgelerinde oluşur. İyonları 10−5 Torr basınçta çalışır ve bir deşarj İyon kaynağı20ve elektrostatik iyon ekstraksiyon plaka içeren kaynak odasında üretilmektedir. İyonları (TOF-tüp basıncı 10−8 Torr olduğu) bir Wiley-McLaren TOF-MS21 kitle tarafından ayrılır. İyon algılama ve problama VMI objektif5 ve ücretli parçacık detektörü içeren algılama bölgede (10−9 Torr baskısı) yer alır. Araç ana bileşenleri şematik burada gölgeli bölge vakum sistemi içinde bulunan tüm öğeleri gösterir Şekil 1b gösterilmiştir. Gaz pulsed meme deşarj giriliyor. Yüksek giriş basıncı dengelemek için kaynak odası bir yağ bazlı difüzyon pompa kullanarak vakum altında tutulur. Deşarj bölge daha ayrıntılı Şekil 2aolarak gösterilmektedir. Yüksek bir potansiyel farkı meme yüzünden Teflon çubukları bir dizi tarafından yalıtımlı elektrot arasındaki uygulanır. Aslında, Teflon Flor atomları daha sonra sonuçlar için kaynak olarak davranır.

Akıntı anyon, katyonlar ve tarafsız türlerin bir karışımı üretir. İyon ekstraksiyon plaka, iyon ivme yığını, potansiyel anahtar ve microchannel plaka (MCP) dedektörü (Şekil 1b) 2 m formu uzun Wiley McLaren TOF-Bayan iyonları (negatif) gerilim darbe uygulamaya iyon ekstraksiyon plaka tarafından çıkarılan ve o zaman bütün iyonları aynı kinetik enerji hız. Einzel objektif kayma kesit iyon denge aletinin azaltır süre varyasyon ayıklama darbe büyüklükte VMI objektif varış zamanında odaklanır. Anyon hangi zamanlaması toplu bir Ayrıştırıcı davranır bir potansiyel anahtar22, kullanarak topraklamak için yeniden başvurulan. Anyon seçimi VMI lens anyon varış süresi ile görünür/yakın uv foton nabız varış eşitleyerek elde edilir. İyon ayrılık ve algılama bölgeleri petrol ücretsiz turbopumps görüntüleme dedektörü korumak için kullanın.

Anyon ve fotonlar photoelectrons iyon ve lazer ışınları arasında örtüşme temsil eden Steinmetz katı kayma hacmi boyunca üretmek için etkileşim. VMI lens (Şekil 2b) amacı tüm photoelectrons Dedektör ulaşmak ve photoelectrons ivme alanı dağıtımını korunur sağlamaktır üç açık elektrotlar ile oluşur. Öyle ki başlangıç kayma noktası ne olursa olsun, aynı ilk hız vektör ile elektron Dedektör üzerinde aynı noktada tespit edilir, bunu başarmak için farklı gerilimler aspiratör ve repeller uygulanır. Dedektör MCP chevron eşlemeli elektron çarpanları davranan bir dizi oluşur. Her kanal sırasına kazanç yerelleştirme ve ilk darbeden konumunu koruyarak birkaç mikron çapındadır. Fosfor ekran MCP arkasında bir ışık bir ücret eşleşmiş cihaz (CCD) kamera ile kaydedilmiş olarak güçlendirilmiş elektron darbe yoluyla konumunu gösterir.

Zamanlama ve süresi gerekli çeşitli gerilim darbeleri dijital gecikme jeneratörler (DDG, Şekil 3) çifti kullanılarak denetlenir. Tüm deneme tekrarlama oranı 10 Hz ile atış atış olarak tekrarlanır. Her çekim için kamera kare başına birkaç tespiti olayları üreten birkaç iyonları ve fotonlar etkileşim içindedir. Birkaç bin kare bir görüntü içine biriktirilir. Görüntü merkezi ivme alanı kaynağı temsil eder ve bu nedenle Merkezi (r) mesafeden bir elektron hızı ile doğru orantılıdır. Açısı θ, (görece foton polarizasyon yönünde) bir elektron'ın hızı yönünü temsil eder. Bir görüntü algılama olay yoğunlukları dağıtımını içerir. Böylece, aynı zamanda bir elektron tespiti (belirli bir noktada) olasılık yoğunluk temsil olarak görüntülenebilir. Görüntüyü gösterir dalga fonksiyonu (ψ) d. yorumlanması çağırma | ψ | 2 photoelectron23.

3D elektron olasılık yoğunluk cylindrically simetrik radyasyon elektrik vektör (εp) kutuplaşma sonucu bilgi şifreleme ile ilgili. Dağıtımı yeniden inşası matematiksel olarak elde24,25,26,27. Radyal dağılımı (elektronlar) yeniden içinde uygun Jacobian dönüşümün uygulanması yoluyla enerji etki alanına dönüştürülür ivme (hız) etki alanı photoelectron spektrumdur.

Bu deneylerde kullanılan spektrometre (Şekil 1) görüntüleme anyon photoelectron bir ölçüye göre enstrüman28olduğunu. Tablo 1 ve Tablo 2 ayarları iletişim kuralı için bu alet F− üretimi ve photoelectron dağıtım görüntüleme için özeldir. Tasarım birçok benzer sürümü çeşitli araştırma laboratuvarları6,29,30,31,32,33,34 kullanılır , 35 , 36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 42ama hiçbir iki araç birbirine. Ayrıca, araç ayarlarını güçlü birbirine bağlı ve koşullar ve araç boyutları küçük değişiklikler için son derece hassas.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Not: Genel bir deneysel protokol burada, WUSTL enstrüman için belirli sunulur. F− görüntü Şekil 4a sunulan belirli araç ayarlarını Tablo 1-2' de bulunabilir.

1. iyon üretimi

  1. Anyon üretmek için bir destek gaz veya gaz karışımı (için F−, 40 psig. O2) pulsed meme arkasında uygulamak ve meme 10 Hz de çalışır.
    1. Dijital gecikme Jeneratör 1 (DDG1), kanal (A1) meme süresini belirleyin ve deşarj gaz enjekte pulsed meme sürücü tetiklemek.
    2. Yüksek gerilim deşarj nabzı V1 uygulanır. Zamanlama ve darbe süresi kanal DDG1 C (C1) tarafından denetlenir.
    3. O2 gaz kaçış artan laboratuvar yangın riskine yol açabilir gibi tüm boru hatları sızıntı sıkı olduğundan emin olun. Yüksek gaz basınç gaz başarısızlığa neden olabilir beri basınç maksimum işletme basıncı altında tutulmasını sağlamak. Güç kaynakları düzgün topraklanmış ve açık ne zaman kabloları olmak emin olun eklenmiş veya kaldırılmış.

2. iyon ekstraksiyon, ayrılık ve algılama

  1. Anyon kaynak ayıklamak için yüksek gerilim ayıklama nabzı (V2) iyon ekstraksiyon plaka için geçerlidir.
    1. Zamanlama ve DDG1 Kanal D (D1) kullanarak iyon ekstraksiyon darbe süresi ayarlayın.
  2. Anyon kütle spektrumu izlemek için araç iyon moduna koymak.
    1. Dedektör gerilim bölücü görüntüleme dedektörü MCP bağlayın.
    2. Gerilim V11 dedektörü anot (fosfor ekran) için geçerlidir.
    3. İyon detektörü gerilim bölücü çıkış osiloskop Kanal 1 girişine bağlayın.
    4. MCP güç kaynağı gerilim bölücü girifline ba¤lan›r ve yavaş yavaş voltajı yükseltin. Bir giriş voltajı V9 V7 giriş yan ve V8 MCP çıkış tarafına sağlar.
      Dikkat: en fazla izin verilen gerilim MCP için fazla olamaz.
  3. Tarafından TOF-MS anyon ayırın.
    1. İvme yığın gerilim V3 ayarlayın.
    2. DDG1 Kanal E (E1) kullanarak, zamanlama ve potansiyel anahtarı yüksek gerilim darbe (V3) süresini ayarlayın.
    3. Dışarıdan DDG1 kanal F osiloskop (F1)-TOF-MS zaman ölçeği ayarlamak için tetikler.
  4. Basma ve çekme darbe büyüklükleri (V1-V2), deşarj, ayıklama, potansiyel anahtar ve meme zamanlama ve süre kanallardan AE DDG1 iyon sinyal osiloskop üzerinde üretmek için ayarlayın.

3. iyon verim ve çözünürlük en iyi duruma getirme.

Not: Adım 3.1 ve 3.2 yinelemeli olarak optimum çözünürlük ve iyon verim elde etmek için yinelenmelidir. (Tablo 1-2 sonuçları bölümünde gösterilen F− görüntü oluşturmak için kullanılan ayarları göster).

  1. Belirli bir türün anyon sayısını en iyi duruma getirmek için iyon kaynağı ayarlarını.
    1. O2 Gaz regülatör gaz silindir üzerinde kullanarak meme arkasında baskısı ayarlayın.
    2. İşlem (A1) pulsed meme süresi ayarlayın.
    3. Deşarj darbe gerilimi (V1) büyüklüğü ayarlayın.
    4. Zamanlama ve deşarj darbe gerilimi (C1) süresi ayarlayın.
    5. Zamanlama ve iyon ekstraksiyon darbe (D1) süresi ayarlayın.
    6. Yüksek gerilim (E1) potansiyel anahtardır süresi ayarlayın.
    7. Gerilim einzel lens (V4) Merkezi öğesinde ayarlayın. İyon doruklarına osiloskop üzerinde şiddeti artacaktır.
      Dikkat: O sağlamak2 baskı maksimum işletme basıncı altında tutulur.
  2. Kitle spektral çözünürlüklü ve iyon ayırma optimize etmek için TOF-MS ayarlarını yapma
    1. Wiley-McLaren odaklanarak elde etmek için iyon ekstraksiyon voltaj (V2) ayarlayın. İyon doruklarına osiloskop üzerinde daraltmak.
    2. İvme yığın gerilim V3 ayarlayın.

4. photoelectron üretim ve algılama

  1. Spektrometre görüntüleme moduna geçirin.
    1. İyon detektörü gerilim bölücü (sıfır olarak V9) uygulanan gerilim azaltmak.
    2. İyon detektörü gerilim bölücü MCP bağlantısını kesin.
    3. Ana kumanda ve güç kaynakları görüntüleme yüksek gerilim darbe için Imaging bağlayın.
    4. Görüntüleme yüksek gerilim darbe için görüntüleme MCP bağlanmak
  2. Kalıcı bir gerilim fosfor ekran (V11) ve MCP (V9) için geçerlidir.
  3. Lazer bakliyat nanosaniye (ns) dye lazer üzerinden varış saati faiz VMI lens içinde iyon varış süresi ile eşitleyin.
    1. Hızlı fotodiyot osiloskop Kanal 2 bağlayın.
    2. ND: YAG Lazer flaş lambaları ve Q switch DDG2 kanallarını H (H2) kullanarak dışarıdan tetiklemek ve G (G2). Lazer tetikleyici (fotodiyot çıktı kadar H2) zamanlama ama ilgi iyon sinyali önceki ayarlayın.
    3. Gerilim görüntüleme repeller (V5) ve çıkarıcı (V6) elektrotlar için geçerlidir.
    4. Kamerayı uzun pozlama için ayarlamak ve PC ekranda gözlenen elektron algılama olayların sayısını en üst düzeye çıkarmak için (H2) zamanlama lazer tetikleyici ayarlayabilirsiniz.
      Dikkat: Sınıf IV lazer radyasyon kalıcı olarak görme yeteneği zarar verir. Uygun göz koruma giymek. Kiriş doğrudan üzerinde bile söylerken bakmayın göz koruma. Aynasal yansımaları önlemek.
  4. Yüksek gerilim darbe elektron sinyal photoelectron üretim penceresi içinde yükseltmek için foton darbe gelmesi ile aynı tarihte zaman aşımına MCP uygulanır.
    1. Görüntüleme darbe gerilimi (V10) ayarlayın.
    2. Görüntüleme darbe zamanlama ve görüntüleme darbe foton darbe varış zamanında ortalanır öyle ki DDG2 kanal F (F2) kullanma süresi ayarlayın.

5. resim odaklanarak

  1. Set kamera kısa maruz kalma.
    1. DDG2 Kanal E (E2) kullanarak bir deneysel döngüsü başlangıcında açmak için CCD kamera tetikler.
  2. Bir arka plan düşülen görüntü toplamak
    1. Birkaç kare faiz anyon ile çakışık lazer darbe ile toplamak.
    2. Birkaç çerçevelerle herhangi bir anyon değil rastlantısal lazer darbe ile toplamak.
    3. Tesadüf toplanan çerçeveler tesadüf toplanan kare çıkarma.
    4. Adımları yineleyin 5.2 ve görüntüyü birikir.
  3. Görüntüleme repeller (V5) ve çıkarma (V6) elektrot gerilimi ayarlamak. Adım 5.2 tekrar ederek yeni bir resim oluşturur. Görüntü özellikleri kendi dar olduğunda durum odaklanarak en iyi elde edilir.

6. resim koleksiyonu

  1. Kısa çekim modunda fotoğraf makinesi ile centroided koleksiyonuna geçin.
  2. 5.2 adlı bir alt piksel çözünürlüklü görüntü toplamaya optimum odaklama durumu arasındaki adımları yineleyin.

7. veri çekme

Not: Bu bölümde gerçekleştirilen veri manipülasyon özellikle yazılı program MatLab platformu kullanarak gerçekleştirilir.

  1. Resmin merkezine inversiyon, merkezi bulmak için görüntü içsel simetri kullanarak görüntünün Merkezi of mass (yoğunluğu) belirlenerek bulun veya (durumunda düşük sinyal gürültü) yinelemeli olarak spektrum içinde geçişler genişliğini en aza. farklı deneme merkezleri seçerek.
    1. Ters Abel 3D hız dağıtım kurtarmak için görüntü biçimini değiştirmek.
  2. Photoelectron spectra oluşturmak
    1. Yoğunluk fonksiyonu tüm yarıçapı için açı olarak entegre (Bu radyal spektrumundadır ve dolayısıyla ivme veya hız etki alanı). Pratikte bu tüm dönüş yarıçapını toplamı tarafından sağlanır.
      Equation 1
      I(r) radyal yoğunluk ve I(r,θ) noktası r, θ yoğunlukta olduğu yerde.
    2. Spektrum elektron kinetik enerji yasland bilinen eBE geçişleri ile aynı koşullarda kaydedilmiş bir görüntü için kalibre.
      eKE eKEcal × (r/rcal)2 =
      nerede uzatmakref referans spektrumda bilinen bir geçişin kinetik enerji, rref bu geçiş için karşılık gelen başvuru yansıması ringde yarıçapı ve uzatmak deneysel yarıçapı r ile ilgili kinetik enerji görüntü.
    3. Radyal spektrum enerji etki alanı üzerinden Jacobian dönüştürme dönüştürmek. Belirli bir r karşılık gelen enerji 7.2.2 olduğu gibi belirlenir. Yoğunluğu I(r) √eKE tarafından ayrılmıştır.
  3. Açısal dağıtım elektron.
    1. Bir geçiş spektrumunda seçin.
    2. Geçiş ve θ karşı komplo ile ilişkili radyal aralığı boyunca farklı küçük açısal aralıkları için entegre. Pratikte entegrasyonu, toplamı tarafından Aralık r0 -tüm dönüş yarıçapını üzerinden elde edilir FWHM/2'ye + FWHM/2.
      Equation 2
      burada I(θ) açısal yoğunluğu, r0 maksimum geçiş radyal değeridir ve FWHM tam yarım maksimumda geçiş radyal aralığında genişliğidir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Verileri üzerinde kamera, 640 × 480 piksel CCD dizisi kaydedilen centroiding43 tarafından kılavuz çözünürlüğe 6400 × 4800 mümkündür. Ancak, spectra ve açısal dağılımları çıkarma ters Abel dönüştürme nispeten sorunsuz olarak değiştirmek için görüntü yoğunluğu gerektiren veri içerir. Bir uzlaşma centroided veri "n × n blok puan toplayarak binned". Benzer tedavi sonuçları görüntüleme ekranı için de gereklidir.

Görüntülenen resim ve Şekil 4a yeniden inşası photodetachment F− bir foton enerji 4.00 ev üzerinden sonucudur (310 nm). Photoelectron dağıtım silindirik simetri her deneysel görüntü bir ivme alanı noktasının dört eşdeğer ölçümü içeren anlamına gelir. Şekil 4a gösterir sol yarısı n binned deneysel olarak ölçülen görüntünün Şekil 4a sağ yarısında ters aynı çözünürlükte görüntülenen verileri Abel dönüşümü ise 8, =. Görüntü 50.000 çerçeveler tesadüf F− iyonları ve arka plan kareleri düşülen eşit sayıda ile lazer ile kaydedilen toplam oluşur. Lazer Elektrik vektör (εp) yönünü çift başlı okla gösterilen görüntünün, düzlemde dikeydir.

Görüntü iki eşmerkezli daireler gösterir. Bunlar photoelectron spektrumunda görülen iki dar geçişler karşılık gelir. Bu n binned centroided verilerden elde edilir = 4, ters Abel dönüştürme, sonra yoğunluğu tüm açıları (θ) her radyal mesafe (r) için merkezden entegre ederek. Bir geçiş bilinen kinetik enerji ile kalibrasyon elektron kinetik enerji (eKE) ölçek dönüşüm r etkilenir (caluzatmak) neredecal kalibrasyon geçiş ortasına radyal mesafe olmasıdır.

Equation 3

Yoğunluklarda Şekil 4b' gösterilen spektrum vermeye uygun Jacobian dönüşüm tarafından ölçeklenir. Yoğunluk ölçek göreli olarak güçlü geçişlerini yoğunluklarda göstermek için daha fazla ayarlandı.

İki geçiş iki elektronik durumları tarafsız F. Labelling onların elektronik açısal momenta göre düşük yalan varlığını yansıtmak, bunlar 2P3/2 ve 2P1/2denir. İki F atom durumu 1s kaynaklanan22s22 p5 elektron yapılandırma. Basit bir dille, iki devlet unpaired elektron spin içinde farklı. Spin ve yörünge açısal momenta arasındaki etkileşimin gücünü her iki durumda da farklıdır. Elektron kinetik enerjileri foton enerji (hν) ve son tarafsız devlet (elektron bağlama enerji, eBE) üretmek için gereken enerji bağlıdır. Bu özellikleri enerjinin korunumu tarafından uzatmak bağlı olan hν - eBE=. Böylece, en yüksek eKE geçiş (0.598 eV) en düşük bağlama Flor atom44elektron ilgisi olan enerji (3.402 eV), temsil eder. Geçiş kinetik enerjileri arasındaki fark (0.598 eV − 0,548 eV) F atom ilk heyecan devlet sadece 50 meV enerji yüksek zemin durumu spin-yörünge etkileşimin gücünü bir ölçüsü olduğunu gösterir. İki geçiş (2:1 oranında) göreli gücü iki F atom elektronik devlet degeneracies yansıtır.

Şekil 4a suretinde elektron dağılımı için belirli bir geçiş tek tip değildir. Bu daha fazla kantitatif içinde Şekil 4 cgösterilir. Arsa (→2P3/2, kırmızı açık dairelerden, →2P1/2, mavi dolgulu daireler) her geçiş için elektron yoğunluğu θ en büyük gösteriyor ki 90 ° = ve bu nedenle elektron çkarlyor dikey olarak olmak için tercih ε p. Bu bir p yörünge elektron kaldırılması (açısal momentum koruma içeren beklenen temel alınarak bağımsız değişkenler) içindir ve sonuçları elektronlar bir s yörünge45, kesildi Eğer oldukça farklı olurdu 46. açısal dağılımları belirli üst yörünge kayma parçası tanı. Şekil 4 diçinde gösterildiği gibi (görece ilgili geçişleri için açısal maxima) Şekil 4 c veri boyutlandırılan Eğer deneysel ses sınırları içinde dağılımları hemen hemen aynı olduğunu görülebilir.

Elde hız çözünürlük güçlü tasarım ve deney detaylarını tarafından etkilenir. Hız eşleme ile ilgili, içinde elektron üretilir, kayma birimi bu birim görüntüleme objektif ve görüntüleme elektrotlar uygulanan gerilim içinde konumunu tüm kritik. En iyi çözünürlük için anyon ve lazer ışınları kesişimi tarafından temsil edilen birim indirilmelidir. Pratikte bu lazer ve iyon kirişler, kolimasyon veya odaklanarak tarafından genişliğini azaltarak elde edilir. Hız eşleme görüntüleme elektrot gerilimi çok hassastır. Şekil 5a imajını en iyi odaklama koşulu, aspiratör arasındaki repeller 0.700 oranında temsil eder. Hatta küçük değişiklikler (repeller ya da extractor elektrot gerilimi değiştirerek) bu oran için hız çözünürlük için zararlıdır. Şekil 5b gösterir 0.686 için oranı azaltma sonra elde edilen görüntü (i.e., daha az %3). Net görüntü ve artık iki geçiş spektrumda ayırt etmek mümkün değil eşlik eden spektrum erişimi mevcuttur. Aslında, güç hassas görüntüleme elektrotlar yerlere eşleme etkinliğini bir sınırı sağlar.

Görüntüleri dört yönlü simetri görüntülenmelidir. Herhangi bir denemede elektron algılama olasılıkçı doğası her zaman bu beklentisi için küçük sapmalar yol açacaktır. Ancak, diğer parçacıklar (elektronlar, iyonlar veya nötr) Dedektör üzerinde etkisi için ciddi sapmalar yol açabilir. Örneğin, Şekil 5 c sağ üst kadranda çok göze çarpan bir bölge yüksek yoğunluk gösterir. Bu iyonlar veya nötr (photodetachment veya autodetachment nedeniyle üretilen) kaynaklanır Dedektör üzerinde çarpan. Bu elektron etkileri sonucu 0.1 ve 0.2 eV arasında spektrumda geniş, nispeten düşük yoğunluk özelliğidir. Geçerli durumda, sorun ile matematiksel olarak, sadece üst sağ çeyreği veri analizi kaldırarak ele. Deneysel faktörler de sahte sinyal kaldırma girişiminde değiştirilebilir. Elektrostatik plakaları algılama uzak istenmeyen iyonları saptırmak için ücret elektron görüntüleme darbe (F2), potansiyel anahtarı (E1) zamanlama veya (Pulse) tanıtımı ile kitle ayrımcılık zamanlama dikkatli manipülasyon örnekler bölge.

Sonrası koleksiyonu görüntü işleme da hız (ve dolayısıyla kinetik enerji) etkileyebilir çözünürlüğe spectra ve kantitatif analiz açısal dağılımları. Şekil 6a ters Abel dönüşüm önce görüntünün doğru merkezi seçme önemini gösterir. Kırmızı spektrum n binned F− görüntüden çıkarılan = 10 ve en iyi center'ı kullanma. Diğer spectra y koordinatı 1 (mavi), 2 (yeşil) veya 3 (turuncu) piksel tarafından artan belirtilen merkezi merkezleri kullanarak bu görüntü bir görüntü dönüştüm analysis temsil eder. Seçilen merkezi daha fazla true Image Merkezi'nden farklı olarak spectra genişletmek, özellikle geçişleri tabanında ve iki doruklarına kaynaşmak başlar. Ayrıca, dış alanlar (elektrik ve manyetik) sokak ve kamera objektifi bile kusurları yol görüntüleri bozulma için böyle geçişleri mükemmel dairesel şekil mevcut değil. Bütün açıları için belirli bir yarıçap içinde entegre bir belirgin geçiş genişletilmesi için yol açacaktır. Örnekler Şekil 6b, c F− görüntü için'gösterilir (n binned = 4) Şekil1a. Açısal aralığı (5 ° derece dilimleri 36.5 ° (kırmızı) ve 86,5 ° (mavi) hakkında) iki farklı kesimleri arasında entegre ederek üretilen radyal spektrum karşılaştırılması Şekil 6bgösterilir. Yelpazenin iki özelliği açıkça fark edilebilir olmakla birlikte aynı zamanda onların maxima biraz farklı yarıçapı olan belirgin (302 ve 3063/2 2P için geçiş 36.5 ° ve 86,5 ° sırasıyla). Daha fazla tam açısal aralığında (hangi görüş kolaylığı için ölçekliŞekil 6b gri gölgeli spektrum) entegre radyal etki spektrumu ile karşılaştırma spectra genişletmeyi bozulma etkisini gösterir. Şekil 6 c (kırmızı) eKE etki alanı, çarpık görüntünün tam entegre spektrum gösterir. Radyal (açının işlevi) ölçekleme dönüşüm enerji etki alanına önce Şekil 6 c42,47mavi tam entegre spektrumu gördüm daha dar geçişler sonuçlanan düzeltme sağlar. Bu ilk olarak gösterilen Şekil 4b ' spektrum ama daha iyi için genişletilmiş enerji ölçeği ile açısal bir bağımlı radyal distorsiyon etkisini göstermektedir.

Figure 1
Şekil 1. Spektrometre Imaging WUSTL anyon photoelectron. Bir dış görünümü vakum sisteminin en üstünde görüntülenir. Şematik deneyinde önemli bileşenleri yerleşimini gösterir. Gölgeli bölgeye yalan vakum altında öğelerdir. Daha fazla bilgi için bkz. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2. Şematik çizimler DC deşarj ve VMI objektif derlemeler. (a) anyon gaz nabzı deşarj kaynak aracılığıyla seyahat üretilmektedir. (b) elektron iyon kesiştiği üretilen ve lazer ışınları (ivme uzayda) aspiratör ve Repeller voltaj kontrol tarafından MCP dedektörü odaklanmıştır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3. Deneme kontrolü. İki dijital gecikme jeneratörler (DDG) deneysel serilerini hassas kontrol sağlar. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4. Temsilcisi sonuç. (a) Photoelectron görüntü (yarısı sol) ve ters Abel dönüştürme (doğru yarım) F− dekolmanı, 4.00 eV için. (b) photoelectron spektrum resimde görüldüğü iki yüzük karşılık gelen iki geçiş içerir. (c) photoelectron açısal dağıtımları spektrumda (kırmızı daireler →2P3/2, mavi daireler →2P1/2) her bir geçiş için elektron dağılımı her durumda polarize dik elektrik göstermek vektör radyasyon (εp). (d) göre onların anılan sıraya göre maxima ölçeklendiğinde, her kanal için açısal dağıtımları hemen hemen aynıdır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5. En iyi ve en iyi photoelectron görüntüleri için F− dekolmanı 4.00 eV, daha az. Gösterilen resimler için n binned = 10. (a) koşulu (0.700 oranı) gösteren dar, de çözümlenmiş doruklarına spektrumda odaklanarak en uygun VMI görüntü. (b) görüntü 0.686 - VMI odaklama oranında iki geçiş artık spektrum ya da görüntünün içinde ayırdedilebilir. (c) sokak iyonları photoelectrons ile çakışık Dedektör üzerinde çarpan etkisi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6. Görüntü analizi/işleme efektleri. (a) Photoelectron spectra görüntü merkezinin çeşitli tahminler ile Şekil 4a görüntüden çıkarılan gösterilir. (b) görüntüdeki Döngüsellik sapma çözünürlük kaybına yol açar. Tam olarak açısal entegre spektrumda (gölgeli gri) görüntünün bireysel açısal kesimleri için daha önemli ölçüde daha geniş özellikleridir. (c) (kırmızı spektrum) distorsiyon etkisini matematiksel olarak dedektörü (mavi spectrum) tam çözünürlüğe kurtarmak için düzeltilebilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Açıklama Süresi (μs) Gecikme (μs) Göreli olarak
A1 Darbeli bașlık 700 0 DDG1
B1 DDG2 tetik 0 DDG1
C1 Deşarj 70 640 A1
D1 İyon ekstraksiyon 7 235 C1
E1 Potansiyel anahtar 6 0 D1
F1 Osiloskop tetikleyici 0 D1
E2 Kamera tetikleyici 0 B1
F2 Nabız görüntüleme 1 180.13 H2
G2 Lazer çıktı (Q Switch) 180.94 H2
H2 Lazer tetikleyici (Flash lamba) 590 B1

Tablo 1. Deney darbe zamanlama. Şekil 4agörüntüde koleksiyonunda kullanılan DDGs tarafından kontrol darbe sıralarını zamanlama.

Açıklama Gerilim (kV)
V1 Darbeli deşarj yüksek gerilim −2.4
V2 İyon ekstraksiyon nabız yüksek gerilim −1.48
V3 İyon ivme gerilim 2.45
Einzel Lens dış elemanları
Potansiyel anahtarı yüksek gerilim
V4 İyon Einzel Lens Merkezi öğesi 1.4
V5 Elektron görüntüleme Lens Repeller −0.700
V6 Elektron görüntüleme Lens Extractor −0.497
İyon modu
V7 MCP giriş 0,95
V8 MCP çıkış 2,51
V9 MCP güç besleme gerilimi 3.0
Görüntüleme modu
V7 MCP giriş 0.0
V8 MCP çıkış 1.0
V9 MCP güç besleme gerilimi 1.0
V10 MCP nabız yüksek gerilim 1.75
V11 Fosfor ekran İyon modu 3.2
Görüntüleme modu 6.0

Tablo 2. Uygulanan gerilim. Şekil 4agörüntüde nesil alet bileşenleri için uygulanan belirli gerilim.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

İki faktör özellikle açıklanan protokol başarısı için önemlidir. En iyi mümkün hız eşleştirme koşulları belirlenmelidir ve daha önemlisi, istenen anyon bir yeterli ve nispeten zaman sabit verim üretilen gerekir. Adımları odaklanarak VMI ile ilgili adımları 5.2 ve 5.3 keskin (dar) görüntü özellikleri veren koşul belirlemek için görüntü analizi ile tandem yinelenmelidir. Her ne kadar bir kez optimum koşullar için belirli bir sistem elde aracı istikrarlı kalır elektrot gerilimi (V5 ve V6) ince ayar iyon ve lazer ışını kavşak konumunu ve boyutunu tarafından etkilenir. En önemli belirli bir anyon üretmek için yeteneğidir. Yinelemeli olarak rafine İyon kaynağı koşulları dikkatli dikkat (giriş gaz basıncı ve kompozisyon, deşarj Elektrot malzemeleri, vakum odası basınç, gaz darbe süresi, Meme çapı, deşarj darbe gerilimi, darbe zamanlama deşarj ve darbe süresi deşarj) 1-3 adımda anahtarıdır. Bu belirli bir iyon çalışma başlatırken bir sayıda parametre manipülasyon gerektirir. Ancak, bu aynı zamanda deşarj kaynak kullanılarak üretilen iyonları türlerinde büyük oranda esneklik sağlar. Lazer ablasyon40, elektron etkisi iyonlaşma19ve sürüklenme41 yaygın olarak kullanılan kaynakları yanı sıra diğer birçok Kitle spektrometrik teknikleri ile sadece küçük enstrümantal nispeten basit bir uygulamadır değişiklik. Özellikle, electrospray Yöntem başarıyla üretmek daha yüksek toplu türler ve iki misli ücret anyon10,48için istihdam edilmiştir.

Anyon photoelectron spektroskopisi bölgeleri gibi kızıl ötesi absorpsiyon spektroskopisinin teknikleri erişilemeyen tarafsız potansiyel enerji yüzey araştırması için yaygın olarak kullanılır. Seçim kurallarını photodetachment için daha az kısıtlayıcı, tarafsız vibronic Birleşik bir dizi erişim sağlar. Ayrıca, anyon doğasında şarjla türler seçicilik ve bir elektron genellikle piyasada görünür/UV ışık kaynakları kullanılarak kaldırılabilir sağlar. Yaygın olarak uygulanan photoelectron algılama şemaları (manyetik şişe Spektrometre49,50, yarımküresel analyzer51,52, photoelectron görüntüleme) düşsel yaklaşımı birkaç confers avantajları. Algılama hassasiyeti bile çok düşük elektron kinetik enerjileri üniforma, doğal olarak verimli görüntüleme tekniğidir (ilke olarak bütün photoelectrons Dedektör ulaşmak) ve aynı anda görüntüleme photoelectron açısal dağıtıma kaydeder tek bir ölçüm spektrumunda her geçiş. Akort foton kaynağı ile birleştiğinde, anyon photoelectron görüntüleme da Elektron Saçılım deneyler metastable anyon Birleşik (Elektron Saçılım rezonanslar) insan için alternatif bir yaklaşım sağlar.

Ücretli parçacık görüntüleme algılama yöntemleri bu deneylerde esas tür gaz aşamasında (veya en azından buna vacuo) çalışma odasına sınırlıdır. MCP dedektörü düşük basınç koşulları gerektirir, bölge fotonlar ve iyonlar arasındaki etkileşimin mümkün olduğu kadar küçük olmalıdır, anyon TOF uzunluktan daha büyük bir ortalama ücretsiz yol çalıştırmaları ve giden elektron ortalama bir ücretsiz yol gerekir bu önemli ölçüde etkileşim bölgesi ve dekolmanı olay ve algılanan elektron dağılımı arasındaki ilişkiyi korumak için dedektör arasındaki mesafe aşıyor. Bununla birlikte, küme anyon çalışmaların anlayışlar, ilgi sırasına göre daha yoğun aşamaları için verim. Örneğin, bir anyon X−ve nötr moleküller M arasındaki etkileşimler solvasyon gücünü karşılaştırma− X ve X−· tarafından ölçülebilir Mn spectra, burada X−· Mn iyon-molekül etkileşimler bağlı bir sistemdir.

Deneyler TOF-MS deşarj kaynağında üretilen anyon ayırmak için kullanın. Ancak, durumlar ortaya atomlar belirli bir kümesi için potansiyel enerji yüzey üzerinde birden fazla minima orada. İyon üretim mekanizması son derece karmaşıktır ve kinetik bindirme birden fazla istikrarlı moleküler anyon izomer veya kitle bizim alet tarafından ayrılabilir olmayan küme anyon conformer yol açabilir. Bu türler genellikle farklı spektral imza ve/veya hangi malzemelerin izomerler/conformers kimlik ve izin ancak Ayrıca farklı photoelectron açısal dağıtımları Analizi karmaşık.

EKE, açısından photoelectron spektroskopisi nispeten düşük çözünürlüklü tekniği olma eğilimindedir ve enerji etki alanı çözünürlük eKE artış olarak kötüleşir görüntüleme dezavantajıdır. Diğer photoelectron teknikleri ile ilgili olarak bu üniforma ile tüm (hemisferik Enerji analizörü küçük katı açı toplama penceresi ile karşılaştırıldığında) photoelectrons51,52 algılama yeteneğini karşı tartılması gerekir verimliliği üzerinde tüm kinetik enerjisi (verimliliği düşük kinetik enerjileri, manyetik şişe Spektrometre49,50 düşüş ile karşılaştırıldığında). Dikkatli tasarım, kontrolünü deneysel koşullar32,42, centroiding43 ve distorsiyon düzeltme42,47 elde edebilirsiniz çözünürlük (ΔeKE/uzatmak) < %0,532, eKE 36,42,53ve < 1,5 cm– 1 mutlak çözünürlüğü çok düşük uzatmak yakından ilgili SEVI (yavaş elektron eşlenen hız görüntüleme) tekniği54yılında elde etti. Moleküler türlerin soğutma iyon tuzakları birleşme iyon üretim aşamasında içine de büyük ölçüde elde spektral çözünürlüklü nüfuslu üst anyon iç devletler55,56 dağıtım daraltarak geliştirebilirsiniz .

En umut verici uygulamalarında VMI photoelectron spektroskopisi biridir kullanımı bir akort Lazer kaynağı ile birlikte. Spectra ve açısal dağıtımları foton enerji bağımlılığının heyecanlı anyon Amerika'ya ilgili bilgileri iletebilirsiniz. Genellikle, bu tür Birleşik Elektron Saçılım kullanarak probed. Photodetachment yaklaşım elektron enerji ve en önemlisi elektron-tarafsız etkileşim ilgili ayrıntılı yüksek derecede ortaya çıkarmak için potansiyele sahip olay elektron yörünge açısal momentum üzerinde iyi kontrol sağlayan bir alternatiftir. Görüntüleme sigara photodetachment için bu tür deneyler son derece zaman yoğun. Ancak, VMI verimliliğini tür deneyler mümkün yapar. Yaklaşımın uygulamaya O2− açısal dağıtım57,58titreşim bağımlılığı göstermiştir. Belki de daha intriguingly uyarma ve daha sonra bir elektron autodetachment üzerinden kaybetmek heyecanlı anyon Birleşik aracılığıyla foton enerji ayarlamanıza olanak sağlar. Bunlar elektron-tarafsız saçılma durumlarıdır. Foton enerji rezonans heyecanlı anyon iç düzeyi (rovibronic) içine photoelectron verimi etkileyen emme olasılık değişiklikleri gelince. Eylem spektrum (foton enerji bir fonksiyonu olarak photoelectron verim) heyecanlı devlet iç düzeyde ayrıntılarını ortaya koymaktadır. Ayrıca, eylem spektrum çözünürlüğe lazer kararı, VMI dedektörü ile sınırlıdır. Bu nedenle rovibronic geçişler (en azından kısmen) gidermek mümkündür. Gelişmekte olan bu uygulama tekniği AgF çeşitli heyecanlı, metastable durumlarını doğası ve konumunu ortaya− ve CuF−59,60 (açısal dağıtımları) üzerinden ve rotasyonel yapısı autodetaching titreşim bir CH2CN düzeyleriyle ilişkili devlet61− dipol bağlı. Bu deneylerde elde edilen bilgileri bağlı anlayış geliştirmek için gerekli ve metastable (elektron-molekül saçılma rezonanslar) negatif iyon Birleşik, kapı kimyasal azaltma, disosiyatif ek işlemler için Devletler ve İyon-molekül etkileşimler. Yüksek düzey ab initio teorik yöntemlerden hayati testleri sonuçları temsil, özellikle bu son derece tedavi sistemleri ve/veya sigara-sabit Birleşik korelasyon.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarlarının veya diğer çıkar çatışması var.

Acknowledgments

Bu malzeme CHE - 1566157 altında Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen çalışma üzerine kuruludur

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

Kimya sayı: 137 kimyasal fizik fizik kimya photoelectron spektroskopisi gaz faz anyon eşlenen hız görüntüleme elektronik yapısı
F<sup>−</sup> 310 Nm dekolmanı tarafından resimli anyon photoelectron görüntüleme
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