Waiting
Login processing...

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

Chemistry

تصوير النانومترية من الأنيونات يتضح من 310 نانومتر مفرزة و−

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

Summary

نقدم هنا، بروتوكولا لتصوير النانومترية الأنواع أنيونى. يتم سبر الأنيونات المتولدة في الخلاء ومفصولة بواسطة الطيف الكتلي باستخدام سرعة تعيين النانومترية التصوير، وتوفير تفاصيل شاردة ومستويات الطاقة المحايدة وشاردة ومحايدة بنية وطبيعة الدولة الإلكترونية شاردة.

Abstract

تصوير النانومترية شاردة وسيلة فعالة جداً لدراسة الطاقة الدول منضمة الأيونات السلبية والأنواع محايدة والتفاعلات بين الإلكترونات غير منضم مع الجزيئات المحايدة/ذرات. الدولة للفنون في الخلاء تقنيات الجيل شاردة السماح تطبيق مجموعة واسعة من الذري، الجزيئية، والكتلة نظم شاردة. هذه هي فصل والمحدد باستخدام وقت الطيران الطيف الكتلي. تتم إزالة الإلكترونات بواسطة الفوتونات مستقطبة خطيا (صور مفرزة) استخدام مصادر ليزر أعلى الجدول التي توفر إمكانية الوصول بسهولة إلى الطاقات الإثارة الأشعة تحت الحمراء إلى الأشعة فوق البنفسجية القرب. الكشف عن فوتوليكترونس بسرعة تعيين عدسة التصوير وموقف يعني كاشف الحساسة، من حيث المبدأ، يصل إلى كل النانومترية في الكشف عن وكفاءة كشف موحد لجميع مصادر الطاقة الحركية. النانومترية الأطياف المستخرجة من الصور عن طريق التعمير الرياضي استخدام عكسية تحول هابيل تكشف تفاصيل توزيع الدولة طاقة داخلية شاردة والدول الناتجة من الطاقة المحايدة. في الإلكترونات منخفضة الطاقة الحركية، قرار نموذجي كافية للكشف عن اختلافات مستوى الطاقة بناء على أمر من بضعة ميليليكترون-فولت، أي، ومختلف مستويات الذبذبات للأنواع الجزيئية أو تقسيم ذرات تدور المدار. توزيعات الزاوي النانومترية المستخرجة من معكوس التحويل هابيل تمثل توقيعات المداري إلكترون المنضم، يسمح أكثر تفصيلاً السبر من بنية إلكترونية. الأطياف وتوزيعات الزاوي ترميز أيضا تفاصيل عن التفاعلات بين الأنواع محايدة المتبقية بعد الإثارة والالكترون الصادرة. ويتجلى الأسلوب التطبيق لشاردة الذري (و−)، ولكن يمكن أيضا تطبيقها لقياس الطيف الجزيئي شاردة، ودراسة الأصداء شاردة المنخفضة (كبديل للتجارب ونثر) و femtosecond ( خ م) وقت حل دراسات التطور الديناميكي الأنيونات.

Introduction

هو البديل عن مطيافية إلكترون شاردة النانومترية التصوير1 ويمثل تحقيق قوية هيكل الإلكترونية الذرية/الجزيئي والتفاعلات بين الإلكترونات والأنواع محايدة. المعلومات التي تم الحصول عليها أمر ضروري في تطوير فهم محدد ويتواجد سالبة (إلكترون-جزيء نثر الأصداء) الدول أيون، المدخل والدول للحد من المواد الكيميائية والعمليات مرفق فصامي وأيون-جزيء التفاعلات. وعلاوة على ذلك، توفر النتائج الاختبارات الحيوية لعاليه المستوى منذ البداية الأساليب النظرية، وخاصة تلك المصممة للتعامل مع الغاية ترتبط النظم و/أو الدول غير الثابتة.

الأسلوب الذي يجمع بين إنتاج أيون الطيف الكتلي والجسيمات المشحونة التصوير2،،من34 لحساسية المسبار الإلكترونية (والجزيئات الصغيرة، الذبذبات) الهيكل. العمل مع الأنواع أنيونى يسمح الانتقائية الشامل جيدة عبر الوقت للطيران الطيف الكتلي (TOF-MS). مرئي/القرب من الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) الفوتونات نشطة بما فيه الكفاية لإزالة الإلكترون الزائدة، مما يسمح باستخدام مصادر ليزر أعلى الجدول. فائدة إضافية لاستخدام الأنيونات هو القدرة على فوتوكسسيتي المنخفضة، وعدم استقرار أنيونى الدول التي تمثل أنظمة الطاقة التي الإلكترونات والذرات/جزيئات محايدة بشدة التفاعل. استخدام سرعة تعيين التصوير5 (معهد فرجينيا العسكري) تتيح كفاءة الكشف الموحد، حتى في طاقات حركية الإلكترون منخفضة وترصد فوتوليكترونس طرد جميع وفي نفس الوقت يكشف عن حجم واتجاه هذه السرعات.

النتائج التجريبية هي صور النانومترية التي تحتوي على أطياف النانومترية (تفاصيل الأصل شاردة توزيعات الطاقة الداخلية) وطاقات الدول الداخلية محايدة ابنه وتوزيعات الزاوي النانومترية (تتصل الإلكترون المداري قبل المفرزة). تم العثور على تطبيق التقنية مثيرة لاهتمام لا سيما في دراسات الوقت حل خ. نبض ليزر فائق السرعة أولية (مضخة) يثير إلى دولة شاردة فصامي إلكترونية، وثانية وقتيا تأخر النبض فائق السرعة (التحقيق)، ثم يفصل الإلكترونات من شاردة متحمس. التحكم في الفارق الزمني مضخة-التحقيق يتبع تطور الدول في المنظومة الطاقة والطبيعة المتغيرة للمدارات للنظام في المقياس الوقتى للاقتراح الذري. أمثلة تشمل فوتوديسوسييشن من أنا2− والأخرى الأنواع إينتيرهالوجين6،7،،من89، لتجزئة أو إلكترون الإقامة في الأول−·uracil 1011،،،من1213، أنا−·thymine13،14، أنا ·adenine−15، أنا،−·nitromethane16 17 ، و ·acetonitrile−17 المجموعة الأنيونات والكشف عن مقياس الوقت الطويل بشكل غير متوقع حتى الآن لإنتاج الأنيونات الذرية Cu− بعد فوتوكسسيتيشن من CuO2− 18.

ويبين الشكل 1 جامعة واشنطن في "سانت لويس" (ووستل) شاردة النانومترية مطياف التصوير19. الصك الذي يتكون من ثلاث مناطق يتم ضخها متفاوتاً. ويتم إنتاج أيونات في قاعة المصدر الذي يعمل عند ضغط 10−5 تور ويحتوي على تصريف أيون المصدر20، وأيون الالكتروستاتيكي استخراج لوحة. يتم فصل الأيونات الجماهيري في إيلي-ماكلارين TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد21 (الضغط في الأنبوب TOF-10−8 ميلليمتر زئبق). الكشف عن أيون وسبر تجري في منطقة الكشف (ضغط 109 ميلليمتر زئبق) الذي يحتوي على عدسة معهد فرجينيا العسكري5 وجهاز للكشف عن جسيمات المشحونة. المكونات الرئيسية لهذا الصك تخطيطياً موضحة في الشكل 1b حيث يمثل المنطقة المظللة جميع العناصر الواردة في منظومة الفراغ. يتم إدخال الغاز من خلال فوهة نابض في التصريف. لإزاحة الضغط مدخل عالية، يتم الاحتفاظ في دائرة المصدر تحت الفراغ باستخدام مضخة لنشر القائمة على النفط. ويتضح المنطقة الاضطلاع بمزيد من التفصيل في الشكل 2 ألف. يتم تطبيق فرق محتملة عالية بين الأقطاب، الذي يتم بمعزل عن وجه الفوهة بسلسلة من الفواصل تفلون. وفي الواقع، تفلون أفعال كمصدر لذرات الفلور لأن النتائج تظهر في وقت لاحق.

وتنتج التصريف خليط الأنيونات والكاتيونات واﻷنواع محايدة. شكل أيون استخراج لوحة، أيون تسريع مكدس الذاكرة المؤقتة، وإمكانية التبديل و microchannel لوحة (MCP) الكاشف (الشكل 1b) م 2 يتم استخراج طويل "أيونات" TOF-السيدة ماكلارين إيلي بتطبيق نبضة الجهد (السلبية) على لوحة استخراج أيون و ثم هي تسارع جميع الأيونات بنفس الطاقة الحركية. تباين حجم النبض استخراج يركز وقت وصول في عدسة معهد فرجينيا العسكري بينما يقلل العدسة اينزيل المقطع العرضي المكاني الشعاع أيون. الأنيونات إعادة المشار إليها الأرض استخدام محتملة تبديل22، توقيت الذي يعمل كمميز أسلحة. ويتحقق اختيار شاردة بتزامن وصول نبضة فوتون الأشعة فوق البنفسجية المرئية/قرب مع وقت وصول شاردة في عدسة معهد فرجينيا العسكري. استخدام مناطق الفصل والكشف عن أيون التربينية النفط مجاناً لحماية كاشف التصوير.

الأنيونات والفوتونات تتفاعل لإنتاج فوتويليكترونس في جميع أنحاء حجم الصلبة شتاينميتز، تمثل التداخل بين أشعة ليزر وأيون والمكانية. عدسة معهد فرجينيا العسكري (الشكل 2) يتكون من ثلاثة أقطاب مفتوحة، والغرض منها ضمان أن جميع فوتوليكترونس تصل إلى الجهاز والمحافظة على توزيع الفضاء الزخم فوتوليكترونس. ولتحقيق ذلك، يتم تطبيق الفولتية المختلفة النازع وريبيلير مثل ذلك، بغض النظر عن نقطة المنشأ المكانية، يتم الكشف عن الإلكترونات مع ناقل السرعة الأولية ذاتها في نفس النقطة على الجهاز. الجهاز يتكون من مجموعة من مكبس مطابقة شركة شيفرون التي تعمل بمثابة مضاعفات إلكترون. كل قناة التي يبلغ قطرها يقارب ميكرون قليلة، إضفاء الطابع المحلي الكسب والحفاظ على موقف الأثر الأولى. شاشة فوسفور وراء مكبس يشير إلى موضع عبر نبض إلكترون تضخيم كومضة من الضوء والتي يتم تسجيلها باستخدام كاميرا جهاز إلى جانب (CCD) تهمة.

يتم التحكم في توقيت ومدة نبضات الجهد المختلفة المطلوبة استخدام زوج من المولدات تأخير الرقمية (أطرى، الشكل 3). وتتكرر التجربة كلها على أساس النار بالنار مع معدل تكرار من 10 هرتز. لكل طلقة، والعديد من الأيونات والفوتونات تتفاعل إنتاج بضعة أحداث الكشف عن كل إطار الكاميرا. عدة آلاف من الإطارات التي تراكمت في صورة. مركز الصورة تمثل أصل الفضاء الزخم وبالتالي المسافة من المركز (r) متناسبة مع سرعة الإلكترون. زاوية θ، (بالنسبة لاتجاه الاستقطاب فوتون) يمثل اتجاه السرعة الإلكترون. صورة تحتوي على توزيع الكثافات الكشف عن الحدث. وهكذا، فإنه يمكن أيضا اعتبار تمثل الكثافة الاحتمالية للكشف (في نقطة معينة) للإلكترون. التذرع بتفسير وظيفة الموجه (ψ) يمثل صورة المولود | ψ | 2 النانومترية23.

الكثافة الاحتمالية إلكترون 3D متماثل] حول استقطاب ناقل كهربائي (اليوروف) بالإشعاع مع الهرولة ما يترتب عليه من معلومات. إعادة التوزيع الأصلي ويتحقق رياضيا24،25،،من2627. شعاعي، توزيع (الإلكترونات) في إعادة الإعمار هو الطيف النانومترية المجال الزخم (السرعة) التي يتم تحويلها إلى مجال الطاقة عبر تطبيق التحويل جاكوبي المناسبة.

النانومترية شاردة التصوير مطياف (الشكل 1) المستخدمة في هذه التجارب هو أداة مبنية28. الإعدادات الموجودة في الجدول 1 و الجدول 2 للبروتوكول محددة لهذا الصك لإنتاج و− وتصوير لتوزيعه النانومترية. وتستخدم عدة إصدارات مماثلة للتصميم في مختلف البحوث مختبرات6،29،30،31،32،،من3334 , 35 , 36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 42، ولكن لا يوجد هذين الصكين بالضبط على حد سواء. بالإضافة إلى ذلك، إعدادات الأداة بقوة مترابطة وشديدة الحساسية للتغيرات الصغيرة في ظروف وأبعاد أداة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ملاحظة: بروتوكول تجريبي عام يرد هنا، المحددة في الصك ووستل. يمكن العثور على إعدادات أداة معينة للصورة− و المعروضة في الشكل 4a في الجدول 1-2.

1-أيون جيل

  1. لتوليد الأنيونات، تطبيق دعم الغاز أو خليط الغاز (و−، بسيج 40-س2) وراء فوهة نابض وتعمل على فوهة في 10 هرتز.
    1. تعيين مدة فوهة على مولد تأخير الرقمية 1 (DDG1)، قناة (A1) ويؤدي إلى السائق فوهة نابض لضخ الغاز في التصريف.
    2. تطبيق نبضة تصريف عالية جهد V1. يتم التحكم في توقيت ومدة النبض قناة C (C1) على DDG1.
    3. الهروب من س2 الغاز يمكن أن يؤدي إلى خطر الحريق مختبر زيادة، التأكد من وجود جميع خطوط الغاز تسرب ضيق. نظراً للضغوط العالية الغاز يمكن أن يؤدي إلى الفشل لخطوط الغاز، كفالة إبقاء الضغط أدناه أقصى ضغط التشغيل. ضمان إمدادات الطاقة بشكل صحيح على الأرض ومغلقا عندما يجري الكابلات المرفقة أو إزالتها.

2-أيون استخراج وفصل والكشف

  1. لاستخراج الأنيونات من المصدر، تطبيق نبضة استخراج جهد العالي (V2) على لوحة استخراج أيون.
    1. تعيين توقيت ومدة نبض استخراج أيون استخدام قناة DDG1 د (D1).
  2. لمراقبة الطيف الشامل شاردة، وضع هذا الصك في وضع أيون.
    1. قم بتوصيل مقسم الجهد كاشف كاشف تصوير مكبس.
    2. تطبيق الجهد V11 اﻷنود كاشف (الفوسفور الشاشة).
    3. قم بتوصيل الإخراج مقسم الجهد للكشف عن أيون مدخلات القناة 1 الذبذبات.
    4. توصيل إمدادات الطاقة العملية التشاورية المتعددة الأطراف للإدخال مقسم الجهد وزيادة الجهد تدريجيا. ويوفر الجهد الكهربي لإدخال V9 V7 إلى إدخال الجانب و V8 إلى جانب الخروج العملية التشاورية المتعددة الأطراف.
      تحذير: لا تتجاوز الحد الأقصى المسموح به من الجهد مكبس.
  3. فصل الأنيونات واسطة TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد.
    1. تعيين تسريع مكدس الجهد V3.
    2. باستخدام قناة DDG1 ه (E1)، تعيين توقيت ومدة ذبذبة عالية الجهد التبديل المحتملة (V3).
    3. خارجياً تؤدي الذبذبات من قناة DDG1 و (F1) لضبط مقياس الوقت TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد.
  4. ضبط التصريف واستخراج نبض مقادير (V1-V2)، التصريف، استخراج، وتبديل المحتملة وفوهة توقيت ومدة من خلال القنوات ألف إلى هاء في DDG1 لإنتاج إشارة أيون على الذبذبات.

3-أيون الغلة والقرار الأمثل.

ملاحظة: الخطوات 3.1 و 3.2 ينبغي تكرار تكراري للحصول على عائد القرار وأيون الأمثل. (الجداول 1-2 إظهار الإعدادات المستخدمة لتوليد الصورة− و التي تظهر في مقطع النتائج).

  1. لتحسين عدد الأنيونات نوع معين، ضبط إعدادات مصدر أيون.
    1. قم بضبط ضغط الغاز2 س وراء فوهة استخدام المنظم على اسطوانة غاز.
    2. ضبط مدة فوهة نابض عملية (A1).
    3. ضبط حجم الجهد نبض التفريغ (V1).
    4. ضبط توقيت ومدة الجهد نبض التفريغ (C1).
    5. ضبط توقيت ومدة نبض استخراج أيون (D1).
    6. ضبط المدة التبديل المحتمل في الجهد العالي (E1).
    7. ضبط الجهد على العنصر المركزي للعدسة اينزيل (V4). وينبغي زيادة قمم أيون على الذبذبات في كثافة.
      تنبيه: تأكد من س هو إبقاء الضغط2 أدناه أقصى ضغط التشغيل.
  2. ضبط إعدادات TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد لتحسين فصل القرار وأيون الكتلة الطيفي
    1. ضبط الجهد استخراج أيون (V2) لتحقيق التركيز وايلي-ماكلارين. وينبغي تضييق على قمم أيون على الذبذبات.
    2. ضبط الجهد تسريع مكدس V3.

4. إنتاج النانومترية والكشف

  1. التبديل المطياف لوضع التصوير.
    1. تقليل الجهد المطبقة على مقسم الجهد للكشف عن أيون (V9) إلى الصفر.
    2. قطع مقسم الجهد للكشف عن أيون مكبس.
    3. الاتصال المتعددة والتصوير إمدادات الطاقة إلى ذبذبة عالية الجهد التصوير.
    4. الاتصال ذبذبة عالية الجهد التصوير مكبس التصوير
  2. تطبيق جهد دائم على الشاشة الفوسفور (V11) ومكبس (V9).
  3. مزامنة وقت وصول نبضات الليزر من الليزر صبغ النانوسيكند (ns) مع وقت وصول أيون الاهتمام داخل العدسة معهد فرجينيا العسكري.
    1. الاتصال الضوئي السريع للذبذبات القناة 2.
    2. الزناد خارجياً nd: yag الليزر فلاش مصابيح والقنوات DDG2 ح (H2) باستخدام رمز التبديل ف وز (G2). ضبط توقيت المشغل الليزر (H2) حتى يتم إخراج الضوئي قريبة ولكن سبقت الإشارة أيون للفائدة.
    3. تطبيق الجهد على التصوير ريبيلير (V5) واقطاب النازع (V6).
    4. تعيين الكاميرا إلى التعرض الطويل وضبط المشغل الليزر توقيت (H2) لزيادة عدد الأحداث كشف إلكترون لاحظ على شاشة الكمبيوتر.
      تنبيه: سوف ضرر دائم الفئة الرابعة إشعاع الليزر البصر. ارتداء حماية العين المناسبة. لا تبدو مباشرة في الشعاع حتى عند ارتداء العين الحماية. تجنب انعكاسات براق.
  4. تطبيق نبضة عالية جهد المتعددة أن تتزامن مع وصول نبض فوتون لتضخيم إشارة الإلكترون ضمن إطار إنتاج النانومترية.
    1. تعيين الجهد نبض التصوير (V10).
    2. تعيين التصوير نبض توقيت ومدة استخدام قناة DDG2 و (F2) مثل أن يتم توسيط نبض التصوير في وقت وصول نبض فوتون.

5-صورة تركز

  1. تعيين الكاميرا إلى التعرض القصير.
    1. تحريك الكاميرا CCD لفتح في بداية دورة تجريبية لاستخدام قناة DDG2 ه (E2).
  2. جمع صورة خلفية طرح
    1. جمع عدة إطارات مع نبض الليزر المصادف شاردة الفائدة.
    2. جمع عدة إطارات مع نبض الليزر لا تتزامن مع أي شاردة.
    3. طرح الإطارات المجمعة قبالة صدفة من الإطارات التي تم جمعها في صدفة.
    4. كرر الخطوة 5، 2 وتتراكم صورة.
  3. ضبط التصوير ريبيلير (V5) واستخراج (V6) القطب الفولتية. إنشاء صورة جديدة بتكرار الخطوة 5، 2. ويتحقق الأفضل مع التركيز على حالة عندما تكون ملامح الصورة في ما أضيق.

6-صورة جمع

  1. مع الكاميرا في وضع التعرض القصير، قم بالتبديل إلى مجموعة سينترويديد.
  2. كرر الخطوة 5، 2 في حالة التركيز الأمثل لتجميع صورة قرار الفرعي بكسل.

7. استخراج البيانات

ملاحظة: ألاعيب بيانات أداء في هذا المقطع يتم تنفيذها باستخدام البرامج المكتوبة على وجه التحديد في برنامج MatLab.

  1. تحديد موقع مركز الصورة بتحديد الكتلة من المركز (كثافة) الصورة، باستخدام التماثل المتأصلة للصورة لإيجاد مركز انعكاس، أو (في حالة انخفاض إشارة إلى الضوضاء) تكراري التقليل من عرض التحولات في الطيف عن طريق تحديد مراكز تجريبية مختلفة.
    1. أبيل معكوس تحويل الصورة إلى استرداد توزيع السرعة 3D.
  2. توليد الأطياف النانومترية
    1. دمج كثافة كدالة لزاوية لإنصاف أقطار جميع (هذا الطيف في شعاعي ومن ثم المجال الزخم أو السرعة). في الممارسة وهذا يتحقق بالجمع على إنصاف أقطار جميع.
      Equation 1
      حيث I(r) هو كثافة شعاعي، وهو I(r,θ) الكثافة في النقطة r, θ.
    2. معايرة الطيف لطاقة حركية الإلكترون مقارنة صورة المسجلة بموجب نفس الشروط مع التحولات المعروفة النفقات الخارجة عن الميزانية.
      شريف = اكيكال × (r/rcal)2
      حيث أصبحالمرجع هو الطاقة الحركية الانتقال المعروفة في الطيف مرجع، صالمرجع هو نصف قطر الحلقة في الصورة المرجعية المقابلة لهذا التحول وزود هو الطاقة الحركية المرتبطة بدائرة نصف قطرها r في التجريبية الصورة.
    3. تحويل طيف شعاعي إلى مجال الطاقة عن طريق التحول جاكوبي. يتم تحديد الطاقة تناظر ص معين كما هو الحال في 7.2.2. يتم تقسيم كثافة I(r) √eKE.
  3. التوزيع الزاوي للإلكترونات.
    1. حدد فترة انتقالية في الطيف.
    2. لنطاقات الزاوي صغيرة مختلفة، دمج عبر النطاق شعاعي المرتبطة بمرحلة انتقالية ومؤامرة ضد θ. في الممارسة العملية والتكامل يتحقق بالجمع على إنصاف أقطار كل في نطاق البحث والتطوير0-فوم/2 إلى + فوم/2.
      Equation 2
      حيث I(θ) هو كثافة الزاوي، r0 هي قيمة شعاعي للانتقال كحد أقصى وفوم هو عرض كامل نصف الحد الأقصى عبر نطاق شعاعي للانتقال.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

سينترويدينج43 البيانات المسجلة على 640 × 480 بكسل CCD الصفيف من الكاميرا، قرار شبكة من 6400 × 4800 ممكن. بيد أن استخراج الأطياف وتوزيعات الزاوي ينطوي معكوس هابيل التحول من البيانات التي تتطلب كثافة الصورة تختلف بشكل سلس نسبيا. البيانات سينترويديد كحل وسط، هي "إهمال" بجمع كتل ن × ن من النقاط. من الضروري أيضا معاملة مماثلة لعرض التصوير نتائج.

الصورة المعروضة وتعمير 4a الشكل هو نتيجة فوتوديتاتشمينت من و− في طاقة فوتون 4.00 eV (310 نيوتن متر). التماثل أسطواني التوزيع النانومترية يعني أن كل صورة تجريبية تحتوي على قياسات يعادل أربعة من نقطة الفضاء الزخم. 4a الرقم يظهر اليسار نصف الصورة المقاسة تجريبيا، وإهمال إلى n = 8، بينما النصف الأيمن من الشكل 4a عكسية تحول أبيل من البيانات المعروضة في نفس القرار. الصورة تتكون من مجموعة إطارات 50,000 المسجلة مع الليزر في صدفة مع الأيونات− F وعدد مساو من الإطارات الخلفية مطروحاً. اتجاه متجه ليزر كهربائية (اليوروف) العمودي في طائرة الصورة، كما هو مبين بالسهم رئاسة مزدوجة.

الصورة تظهر اثنين من دوائر متحدة المركز. وتناظر هذه انتقالين الضيقة التي رأيت في الطيف النانومترية. هذا هو المستخرجة من البيانات سينترويديد إهمال إلى n = 4، بعد معكوس التحويل أبيل، من خلال دمج كثافة عبر جميع الزوايا (θ) لكل مسافة شعاعية (r) من المركز. R لتحويل مقياس الطاقة الحركية (شريف) إلكترون يتأثر بالمعايرة مع تقال طاقة الحركية المعروفة (شريفcal) حيث يتمcal هو المسافة شعاعي إلى مركز الانتقال المعايرة.

Equation 3

يتم تحجيم الكثافة من التحول جاكوبي المناسبة تسفر عن الطيف هو موضح في الشكل 4 باء. تم تعديل مقياس كثافة المزيد لإظهار كثافة بالنسبة إلى أقوى من التحولات.

انتقالين تعكس وجود دولتين منخفضة يكذب الإلكترونية دول محايدة توسيم واو وفقا لما مومنتثم الزاوي الإلكترونية، وهذه تسمى 2ف3/2 و 2ف1/2. الدولتين الذرة و تنبع من 1s تكوين الإلكترون5 ف 2222s. في لغة بسيطة، تختلف بين الدولتين في دوران الإلكترون مزاوج. قوة التفاعل بين زيادة ونقصان والمداري الزاوي مومنتثم يختلف في كلتا الحالتين. طاقات حركية الإلكترون التي تعتمد على طاقة فوتون (hν) والطاقة اللازمة لإنتاج الدولة المحايدة النهائي (الطاقة ملزمة الإلكترون، النفقات الخارجة عن الميزانية). وترتبط هذه الخصائص بالحفاظ على الطاقة، زود = hν-النفقات الخارجة عن الميزانية. وهكذا، الانتقال أك أعلى (0.598 eV) يمثل الطاقة ملزمة أدنى (3.402 eV)، وهو تقارب إلكترون من ذرة الفلور44. الفرق في الطاقات الحركية الانتقالية (− 0.598 eV 0.548 eV) يبين أن أول دولة متحمس للذرة و أعلى في الطاقة من الدولة الأرض، ومقياسا لقوة التفاعل المدار تدور مليون فقط إلكترون 50 فولط. ويعكس مواطن القوة النسبية للتحولات اثنين (نسبة 2:1) ديجينيراسيس من الذرة و الإلكترونية بين الدولتين.

توزيع الإلكترونات في صورة الشكل 4a ليست موحدة لانتقال معين. ويتضح ذلك أكثر من الناحية الكمية في الشكل 4 ج. المؤامرة ويبين أن كثافة الإلكترونات لكل انتقال (←2ف3/2، ودوائر حمراء مفتوحة، ←2ف1/2، الدوائر مليئة الأزرق) أعظم في θ = 90 ° وبالتالي هناك تفضيل للإلكترونات أن تكون طردت عمودي اليورو ف. هذا هو المتوقع (استناداً إلى الحجج التي تنطوي على المحافظة على الزخم الزاوي) لإزالة إلكترون من ف مدارية، والنتائج ستكون مختلفة تماما إذا كانت الإلكترونات من ق مداري45، 46. عمليات التوزيع الزاوي التشخيص الجزء المكاني أحد الوالدين خاصة المدارية. إذا كان يتم ترتيبها بيانات الشكل 4 ج (بالنسبة إلى ماكسيما الزاوي للانتقالات كل منهما) كما هو موضح في الشكل 4 د، يتضح أن التوزيعات في حدود الضوضاء التجريبية، تكاد تكون متطابقة.

القرار سرعة تحقيق يتأثر بشدة بتصميم وتفاصيل التجربة. فيما يتعلق بتعيين السرعة، حجم المكانية التي تنتج الإلكترونات، موقع هذا المجلد داخل عدسة التصوير والفولتية المطبقة على أقطاب التصوير ينتقدون كل شيء. لحل أفضل وينبغي تقليل حجم تمثيل من تقاطع أشعة الليزر وشاردة. ويتحقق ذلك عمليا بتقليل عرض أشعة الليزر وأيون، أما بواسطة collimation أو التركيز. تعيين سرعة حساس جداً للتصوير الكهربائي الفولتية. صورة الشكل 5a يمثل الشرط التركيز الأمثل، أي بنسبة 0.700 بين ريبيلير والنازع. التعديلات الصغيرة حتى أن هذه النسبة (عن طريق تغيير الفولتية القطب ريبيلير أو مستخرج) تضر بسرعة القرار. يظهر الشكل 5b صورة تم الحصول عليها بعد تخفيض النسبة إلى 0.686 (أي.، قبل ما يزيد قليلاً عن 3%). فمن الواضح في الصورة والطيف المصاحبة لها، أنه لم يعد من الممكن التمييز بين التحولات اثنين في الطيف. في الواقع، لوازم دقة السلطة إلى أماكن أقطاب التصوير حدا بفعالية رسم الخرائط.

وينبغي عرض الصور رباعية التماثل. في أي تجربة سيؤدي دائماً الطبيعة الاحتمالية لاكتشاف الإلكترون إلى انحرافات صغيرة من هذا التوقع. ومع ذلك، أثر أخرى الجسيمات (الإلكترونات والايونات أو المحايدين) على الجهاز يمكن أن يؤدي إلى انحرافات خطيرة. على سبيل المثال، يوضح الشكل 5 ج منطقة واضح جداً من كثافة عالية في الربع الأيمن العلوي. هذا هو نتيجة لأيونات أو المحايدين (المنتجة بسبب فوتوديتاتشمينت أو أوتوديتاتشمينت) تؤثر على الجهاز. ميزة كثافة واسعة ومنخفضة نسبيا في الطيف بين 0.1 و 0.2 ف هو نتيجة لهذه الآثار غير إلكترون. في القضية الحالية، المشكلة يمكن معالجتها رياضيا، ببساطة عن طريق إزالة البيانات الربع الأيمن العلوي من التحليل. يمكن أيضا تغيير العوامل التجريبية في محاولة لإزالة إشارة زائفة. وتشمل الأمثلة دقيق التلاعب بتوقيت إلكترون التصوير نبض (F2)، التمييز الجماعي عن طريق توقيت التحول المحتملة (E1) أو إدخال (نابض) الكهربية الاستاتية تحمل لوحات لتشتيت الأيونات غير مرغوب فيها بعيداً عن الكشف عن المنطقة.

بعد جمع ومعالجة الصور يمكن أن يؤثر على السرعة (والطاقة الحركية وبالتالي) القرار الأطياف والتحليل الكمي لعمليات التوزيع الزاوي. ويبين الشكل 6a أهمية اختيار الصحيح وسط الصورة قبل معكوس التحويل أبيل. يستخرج الطيف الأحمر من الصورة− و إهمال إلى n = 10 واستخدام مركز أفضل. وتمثل الأطياف الأخرى تحليل هذه الصورة بند استخدام المراكز مع اﻻحداثي ص لمركز المحدد بمقدار 1 (الأزرق) أو (الأخضر) 2 أو 3 بكسل (برتقالي). مركز المختار يختلف أكثر من مركز الصورة الحقيقية توسيع الأطياف، لا سيما على قاعدة التحولات وقمم اثنين تبدأ في الاندماج. شارد الحقول الخارجية (الكهربائية والمغناطيسية) بالإضافة إلى ذلك، وحتى وجود عيوب في عدسة الكاميرا تؤدي إلى تشويه الصور أن التحولات لا تطرح كميزات معاد تماما. دمج عبر جميع الزوايا لدائرة نصف قطرها معينة سيؤدي إلى توسيع الظاهر للانتقال. تظهر الأمثلة في الشكل 6b، (ج) للصورة− F (إهمال إلى n = 4) الشكل 1a. ويبين الشكل 6bمقارنة طيف شعاعي، أنتجت بإدماج عبر اثنين من قطاعات مختلفة من النطاق الزاوي (5° درجة شرائح حول 36.5 (أحمر) و 86.5 درجة (أزرق)). على الرغم من اثنين من الميزات في الطيف واضحة وضوح من الواضح أن على ماكسيما إنصاف أقطار مختلفة قليلاً (302 و 306 2ف3/2 الانتقال في 36.5 و 86.5 درجة على التوالي). كذلك المقارنة مع الطيف المجال شعاعي متكاملة عبر النطاق الكامل الزاوي (الشكل 6b رمادي المظللة الطيف التي يتم تحجيم لسهولة المشاهدة) يظهر تأثير التشويه في توسيع الأطياف. ج الشكل 6 (أحمر) يظهر المجال أك الطيف متكاملة تماما من صورة مشوهة. تحجيم شعاعي (كدالة لزاوية) قبل التحويل إلى مجال الطاقة يسمح التصحيح أسفر عن التحولات أضيق بكثير رأيت في الطيف الأزرق متكاملة تماما من42، ج 6 رقم47. هذا هو الطيف أصلاً هو مبين في الشكل 4 باء ولكن مع حجم الطاقة توسعت بشكل أفضل توضيح تأثير تشويه شعاعي تعتمد الزاوي.

Figure 1
رقم 1. ووستل شاردة النانومترية مطياف التصوير- عرض خارجي نظام فراغ في الجزء العلوي. ويوضح التخطيطي تخطيط العناصر الهامة في هذه التجربة. العناصر التي تقع داخل المنطقة المظللة تحت الفراغ. راجع النص للحصول على مزيد من التفاصيل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2. الرسوم التوضيحية التخطيطي لتفريغ العاصمة ومعهد فرجينيا العسكري عدسة التجميعات. (أ) الأنيونات تنتج عندما يسافر نبض غاز من خلال مصدر التفريغ. (ب) إنتاج الإلكترونات عند تقاطع أيون وتركز أشعة الليزر (في الفضاء الزخم) على الكشف عن العملية التشاورية المتعددة الأطراف بتحكم الفولتية النازع وريبيلير. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3. تجربة التحكم. مولدين تأخير الرقمية (أ) السماح لمراقبة دقيقة من التسلسلات توقيت التجريبية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4. نتيجة لذلك الممثل. (أ) الصورة النانومترية نصف (على اليسار) ومعكوس التحويل أبيل (النصف الأيمن) لمفرزة− و الساعة 4.00 eV. (ب) يتضمن الطيف النانومترية انتقالين التي تتوافق مع اثنين من حلقات ينظر في الصورة. (ج) إظهار النانومترية عمليات التوزيع الزاوي لكل انتقال في الطيف (دوائر حمراء ←2ف3/2، ودوائر زرقاء ←2ف1/2) يتم توزيع الإلكترونات في كل حالة على حدة الاستقطاب عمودي الكهربائية متجه الإشعاع (اليوروف). (د) عند قياسه بالنسبة عن ماكسيما كل منها، عمليات التوزيع الزاوي لكل قناة متطابقة تقريبا. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5. الأمثل والصور النانومترية أقل من المستوى الأمثل لمفرزة− و الساعة 4.00 eV. يتم إهمال الصور المعروضة إلى n = 10. (أ) الصورة في معهد فرجينيا العسكري المثلى التي تركز الشرط (نسبة 0.700) تظهر قمم ضيقة، وكذلك حل في الطيف. (ب) صورة مع معهد فرجينيا العسكري نسبة تركيز 0.686-التحولات اثنين لم تعد مميزة في الطيف أو في الصورة. (ج) تأثير الأيونات الشاردة التعدي على كاشف المصادف فوتوليكترونس. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 6
الشكل 6. آثار تحليل/تجهيز الصورة. (أ) الأطياف النانومترية ترد المستخرجة من صورة الشكل 4a بتقديرات مختلفة من مركز الصورة. (ب) الانحراف عن التدوير في الصورة يؤدي إلى خسارة قرار. الميزات في الطيف متكاملة تماما الزاوي (الرمادي مظللة) أوسع بكثير من تلك الخاصة بقطاعات الزاوي الفردية من الصورة. (ج) تأثير التشويه (الطيف الأحمر) يمكن تصحيح رياضيا لاسترداد كامل القرار كاشف (الطيف الأزرق). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الوصف المدة (ميكروثانية) تأخير (ميكروثانية) بالنسبة إلى
A1 فوهة نابض 700 0 DDG1
B1 مشغل DDG2 0 DDG1
C1 التفريغ 70 640 A1
دال-1 استخراج أيون 7 235 C1
هاء-1 إمكانية التبديل 6 0 دال-1
F1 الزناد الذبذبات 0 دال-1
هاء-2 مشغل كاميرا 0 B1
F2 نبض التصوير 1 180.13 H2
G2 الليزر الناتج (Q التبديل) 180.94 H2
H2 مشغل الليزر (مصباح فلاش) 590 B1

الجدول 1. توقيت نبض التجربة. توقيت متواليات نبض يسيطر سيتركان المستخدمة في تجميع الصورة في الشكل 4a.

الوصف الجهد (kV)
V1 أداء نابض عالية الجهد −2.4
V2 أيون استخراج ذبذبة عالية الجهد −1.48
V3 أيون تسريع الجهد 2.45
عناصر العدسة اينزيل الخارجي
إمكانية تبديل عالية الجهد
V4 أيون اينزيل عدسة العنصر المركزي 1.4
V5 ريبيلير عدسة تصوير إلكترون −0.700
V6 مستخرج عدسة تصوير إلكترون −0.497
وضع أيون
V7 دخول العملية التشاورية المتعددة الأطراف 0.95
V8 إنهاء العملية التشاورية المتعددة الأطراف 2.51
V9 الجهد إمدادات الطاقة العملية التشاورية المتعددة الأطراف 3.0
وضع التصوير
V7 دخول العملية التشاورية المتعددة الأطراف 0.0
V8 إنهاء العملية التشاورية المتعددة الأطراف 1.0
V9 الجهد إمدادات الطاقة العملية التشاورية المتعددة الأطراف 1.0
V10 نبض العملية التشاورية المتعددة الأطراف عالية الجهد 1.75
V11 شاشة الفوسفور وضع أيون 3.2
وضع التصوير 6.0

الجدول 2. الفولتية المطبقة. الفولتية محددة تطبق على مكونات أداة لتوليد الصورة في الشكل 4a.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

اثنين من العوامل حاسمة بشكل خاص إلى نجاح البروتوكول هو موضح. يجب أن تحدد شروط تعيين السرعة الممكنة أفضل وأكثر حاسمة، يجب أن تنتج عائد ثابتة نسبيا من الوقت وكافية من شاردة المرجوة. فيما يتعلق بمعهد فرجينيا العسكري تركز الخطوات، يجب تكرار الخطوات 5.2 و 5.3 بالترادف مع تحليل الصور لتحديد الشرط الذي يعطي ملامح الصورة (الأضيق) أشد. ضبط الفولتية قطب كهربائي (V5 و V6) تتأثر بحجم ومكان تقاطع الشعاع أيون والليزر، على الرغم من أن متى تحققت الشروط المثلى لنظام معين الصك لا يزال مستقرا. الأهم القدرة على إنتاج شاردة صفة خاصة. مع إيلاء اهتمام دقيق لصقل شكل تكراري شروط المصدر أيون (مدخل ضغط الغاز وتكوينها، تصريف مواد القطب، ضغط فراغ الغرفة، مدة النبضة الغاز، فوهة قطرها، الاضطلاع بالجهد النبض، والاضطلاع بتوقيت نبض و أداء مدة النبضة) في الخطوات 1-3 هو المفتاح. ويتطلب هذا التلاعب بعدد كبير من المعلمات عند الشروع في دراسة أيون معين. ومع ذلك، يسمح ذلك أيضا بدرجة كبيرة من المرونة في أنواع الأيونات التي يمكن إنتاجها باستخدام مصدر التفريغ. تطبيق الليزر التذرية40والالكترون تأثير التأين19الرائعة41 مصادر جنبا إلى جنب مع العديد من الآخرين ويشيع استخدام تقنيات والمطيافيه الجماعية بسيط نسبيا مع الآلي طفيفة فقط التعديل. على وجه الخصوص، أساليب اليكتروسبراي قد استخدمت بنجاح لإنتاج الأنواع الشامل أعلى و10،الأنيونات المشحونة مضاعف48.

مطيافية إلكترون شاردة يستخدم عادة للتحقيق في مناطق السطوح محايدة من الطاقة الكامنة التي غير قابل للوصول إلى تقنيات مثل طيف امتصاص الأشعة تحت الحمراء. قواعد التحديد فوتوديتاتشمينت أقل تقييداً، مما يتيح الوصول إلى مجموعة من الدول vibronic محايدة. بالإضافة إلى ذلك، يسمح هذا الاتهام المتأصلة في الانيون الأنواع الانتقائية والكترون يمكن عادة يمكن إزالتها باستخدام مصادر الضوء المتاحة تجارياً لتظهر الأشعة فوق البنفسجية. مخططات كشف النانومترية شيوعاً التطبيقي (زجاجة المغناطيسي ومطياف49،50،51،محلل الكرة52، تصوير النانومترية) النهج التصوير الذي يمنح العديد والمزايا. حساسية الكشف الموحد حتى في طاقات حركية الإلكترون منخفضة جداً، وتقنية التصوير طبيعتها كفاءة (في المبدأ فوتوليكترونس جميع تصل الكاشف) والتصوير في نفس الوقت يسجل النانومترية التوزيع الزاوي ل كل انتقال في الطيف في قياس واحد. تصوير النانومترية شاردة عندما يقترن مع مصدر فوتون الانضباطي، كما يوفر نهجاً بديلاً لتجارب نثر إلكترون في دراسة شاردة يتواجد الدول (إلكترون نثر الأصداء).

أساليب الكشف عن الجسيمات المشحونة التصوير في هذه التجارب تقتصر أساسا على دراسة الأنواع في الطور الغازي (أو على الأقل في الخلاء). كاشف العملية التشاورية المتعددة الأطراف تتطلب ظروف الضغط المنخفض، منطقة التفاعل بين الفوتونات والايونات يجب أن تكون صغيرة بقدر الإمكان، الأنيونات تتطلب مسار حرة يعني أكبر من طول TOF والإلكترونات الصادرة تتطلب مسار مجاناً يعني أن إلى حد كبير يتجاوز المسافة بين منطقة التفاعل وكاشف للحفاظ على العلاقة بين الحدث مفرزة وتوزيع إلكترون تم الكشف عنها. ومع ذلك، دراسات الأنيونات الكتلة العائد أفكاراً ذات صلة بمراحل أكثر مكثف. على سبيل المثال، يمكن أن تقاس قوة المذيب التفاعلات بين شاردة X−، والجزيئات المحايدة م بالمقارنة من X− و X−· من الأطياف، حيث X−· من نظام الالتزام عن طريق تفاعلات أيون-جزيء.

استخدام التجارب TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد لفصل الأنيونات أنتجت في مصدر التفريغ. ومع ذلك، تنشأ حالات حيث هناك الحدود الدنيا متعددة على سطح الطاقة الكامنة لمجموعة معينة من الذرات. إليه إنتاج أيون معقد للغاية، ومحاصرة الحركية يمكن أن تؤدي إلى وجود واحد أو أكثر استقرارا شاردة الجزيئية ايزومير، أو الامتثال شاردة الكتلة التي لا يمكن فصله بحسب الكتلة في الصك. هذه الأنواع وعادة ما يكون بصمات طيفية مختلفة و/أو توزيعات الزاوي النانومترية المختلفة التي قد تسمح لتحديد وتوصيف من الايزومرات/كونفورميرس، لكن يمكن أيضا أن تؤدي إلى تعقيد التحليل.

حيث أك، مطيافية إلكترون تميل إلى أن تكون تقنية ذات دقة منخفضة نسبيا ووضع غير مؤات لتصوير أن القرار مجال الطاقة تزداد سوءا كما يزيد من أك. بالنسبة لغيرها من التقنيات النانومترية وهذا يحتاج إلى موازنة القدرة على الكشف عن جميع51،فوتوليكترونس (بالمقارنة مع الإطار مجموعة صغيرة صلبة زاوية من جهاز تحليل الطاقة نصف كروية)52 بالزي العسكري الكفاءة عبر جميع الطاقات الحركية (بالمقارنة مع الانخفاض في الكفاءة للزجاجة المغناطيسي ومطياف49،50 في الطاقات الحركية المنخفضة). التصميم الدقيق، شروط مراقبة تجريبية32،42، يمكن تحقيق سينترويدينج43 وتشويه تصحيح42،47 زود القرار (ΔeKE/شريف) < 0.5%32، 36،،من4253، والقرار المطلق < 1.5 سم1 في بلد منخفض جداً قد تحقق في وثيقة الصلة تقنية SEVI (إلكترون بطيئة السرعة المعينة التصوير)54. للأنواع الجزيئية إدماج التبريد أيون الفخاخ في مرحلة الإنتاج أيون يمكن أيضا يعزز القرار الطيفية المحققة بتضييق توزيع الأصل المأهولة شاردة الدول الداخلية55،56 .

واحدة من أكثر التطبيقات الواعدة لمعهد فرجينيا العسكري في مطيافية إلكترون هو استخدامها بالاقتران مع مصدر ليزر الانضباطي. الاعتماد على الطاقة فوتون الأطياف وتوزيعات الزاوي يمكن أن تنقل المعلومات المتعلقة بالدول شاردة متحمس. عادة، يتم سبر هذه الدول استخدام تشتت الإلكترون. والنهج فوتوديتاتشمينت هو بديل يتيح السيطرة جيدة على طاقة الإلكترون والزخم الزاوي المداري إلكترون الحوادث التي يمكن أن تكشف عن درجة عالية من التفصيل فيما يتعلق بتفاعل إلكترون محايدة حاسمة. لتصوير غير فوتوديتاتشمينت، مثل هذه التجارب الغاية الوقت المكثف. ومع ذلك، يجعل كفاءة معهد فرجينيا العسكري هذه التجارب وممكناً. وقد أظهرت تطبيق النهج على س2− الاعتماد الذبذبات من57،التوزيع الزاوي58. وربما أكثر الفضول، القدرة على ضبط طاقة فوتون يسمح الإثارة، ومن خلال الدول شاردة متحمس التي تفقد إلكترون عن طريق أوتوديتاتشمينت في وقت لاحق. وهذه هي الدول تشتت الإلكترون محايد. عندما يأتي طاقة فوتون الرنين مع مستوى داخلية (روفيبرونيك) من شاردة متحمس، امتصاص احتمال التغييرات التي تؤثر على محصول النانومترية. طيف العمل (yield النانومترية كدالة للطاقة فوتون) يكشف تفاصيل المستويات الداخلية للدولة متحمس. وعلاوة على ذلك، يقتصر قرار الطيف عمل الليزر في القرار، عدم الكشف عن معهد فرجينيا العسكري. ولذلك فمن الممكن لحل (على الأقل جزئيا) التحولات روفيبرونيك. هذا التطبيق تطوير تقنية كشف موقع وطبيعة مختلف الدول متحمس، يتواجد في AgF− ومابيندوزي−59،60 (عن طريق عمليات التوزيع الزاوي) وهيكل التناوب المرتبطة بمستويات CH2أهي الذبذبات أوتوديتاتشينج− ثنائي قطب ملزمة الدولة61. المعلومات التي تم الحصول عليها في مثل هذه التجارب أمر ضروري لتطوير فهم لربط ويتواجد سالبة (إلكترون-جزيء نثر الأصداء) الدول أيون، المدخل الدول للحد من المواد الكيميائية، عمليات الحجز فصامي و تفاعلات أيون-جزيء. تمثل النتائج الاختبارات الحيوية للأساليب النظرية عالية المستوى منذ البداية ، ولا سيما تلك التي تعامل عالية ترتبط النظم و/أو الدول غير الثابتة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب قد لا يوجد تضارب المصالح المالية أو غيرها تضارب في المصالح.

Acknowledgments

ويستند هذا المواد العمل المدعوم من "المؤسسة الوطنية للعلوم" تحت تشي-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

الكيمياء، 137 قضية، والفيزياء الكيميائية، الكيمياء الفيزيائية، مطيافية إلكترون، الغاز المرحلة الأنيونات، وتصوير السرعة المعينة، بنية إلكترونية
تصوير النانومترية من الأنيونات يتضح من 310 نانومتر مفرزة و<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