כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבור photoelectron הדמיה של מינים anionic. אניונים שנוצר באופן vacuo ומופרדים באמצעות ספקטרומטר מסה הם ובחן באמצעות photoelectron מהירות מיפוי imaging, מתן פרטים של אניון, רמות אנרגיה נייטרלית, אניון ומבנה נייטרלי, אופי המדינה אלקטרונית אניון.
אניון photoelectron הדמיה היא שיטה יעילה מאוד עבור המחקר של הברית אנרגיה של יונים שליליים מאוגד, מינים נייטרלי, אינטראקציות של אלקטרונים לא מאוגד עם מולקולות נייטרלים/אטומים. המדינה-of-the-art, vacuo אניון דור לאפשר ליישום במגוון רחב של אטומית, מולקולרית, וטכניקות של אשכול אניון מערכות. אלה מופרדים, שנבחר באמצעות ספקטרומטר מסה זמן-של-טיסה. אלקטרונים יוסרו על ידי פוטונים מקוטב לינארית (צילום ניתוק) שימוש במקורות לייזר שולחני המספקות גישה מוכן עירור האנרגיות של אינפרא-האדום כדי אולטרה סגול ליד. מזהה את photoelectrons עם מהירות מיפוי הדמיה עדשה והמיקום גלאי רגיש אומר כי, עקרונית, כל photoelectron מגיע הגלאי, היעילות זיהוי אחיד עבור כל האנרגיות. ספקטרה photoelectron שחולצו מן הדימויים באמצעות שחזור מתמטית באמצעות ההופכי הבל טרנספורמציה לחשוף פרטים של ההתפלגות המדינה אנרגיה פנימית אניון, הברית באנרגיה הנובעת נייטרלי. -האלקטרונים נמוכה אנרגיה קינטית, רזולוציה טיפוסי מספיקה לחשוף את רמת האנרגיה הבדלי גודל כמה millielectron-וולט, קרי, רמות הרטט שונות עבור מינים מולקולרי או ספין-אורביט פיצול בתוך האטומים. Photoelectron הפצות זוויתי מופק ההופכי הבל טרנספורמציה מייצגים את החתימות של אורביטל אלקטרון מאוגד, ומאפשר יותר מפורט, בדיקה של מבנה אלקטרונית. ספקטרום של הפצות זוויתי לקודד גם פרטים של אינטראקציות בין האלקטרון יוצא המין נייטרלי שיורית לאחר עירור. הטכניקה מודגם על-ידי היישום אניון אטומית (F−), אך באפשרותך גם להחיל אותה על המידה של ספקטרוסקופיה מולקולרית אניון, לימוד נמוך שקרן מגנטיים אניון (כחלופה פיזור ניסויים) בפמטושניות ( fs) זמן לפתור מחקרים על התפתחות דינמית אניונים.
אניון photoelectron הדמיה1 הוא וריאציה על ספקטרוסקופיה photoelectron ומייצג של מבנה האטום/מולקולרי אלקטרונית מכשיר בדיקה רב עוצמה והגומלין שבין האלקטרונים ומינים נייטרלי. המידע הנקלט הוא חיוני בפיתוח להבנת מאוגד והשלמת (אלקטרון-מולקולה פיזור מגנטיים) שלילי, הפתח הברית הפחתת כימית, תהליכי ניתוק קובץ מצורף, יון מולקולה, יון מדינות אינטראקציות. יתר על כן, התוצאות לספק בדיקות חיוניות של גבוהה ברמת ab initio שיטות תיאורטיות, במיוחד אלה מתוכנן להתמודד עם מאוד בקורלציה מערכות ו/או הברית הלא-נייחים.
הטכניקה משלב ייצור יון, ספקטרומטר מסה, חלקיקים טעונים הדמיה מבנה4 כדי ברגישות בדיקה אלקטרונית (וגם מולקולות קטנות, הרטט)3,2,. עבודה עם מינים anionic מאפשר טוב סלקטיביות המונית באמצעות שעת הטיסה ספקטרומטר מסה (תוף-MS). גלוי בסמוך אולטרה סגול (UV) פוטונים הם אנרגטיים מספיק כדי להסיר את אלקטרון עודף, ומאפשר שימוש מקורות לייזר בראש הטבלה. יתרון נוסף של השימוש אניונים היא היכולת photoexcite הנמוכים, לא יציב anionic הברית אשר מייצגים אנרגיה משטרים בהם אלקטרונים של אטומים/מולקולות נייטרלים חריפה אינטראקציה. השימוש של הדמיה מהירות ממופות5 (VMI) מעניקה יעילות זיהוי אחיד, אפילו על אנרגיות נמוכות אלקטרון, מפקח על כל photoelectrons בשניה, במקביל מגלה על הגודל והכיוון של המהירויות שלהם.
תוצאות ניסויית אינן תמונות photoelectron אשר מכילים photoelectron ספקטרה (פרטים של האב אניון אנרגיה פנימית הפצות) ואת האנרגיות של מצבים פנימיים נייטרלי הבת הפצות זוויתי photoelectron (הקשורים אלקטרון מסלולית לפני הניתוק). יישום מעניין במיוחד של הטכניקה נמצא במחקרים fs זמן לפתור. פולס לייזר מרביים הראשונית (משאבה) מרגש למצב אלקטרונית אניון דיסוציאטיבית, שנייה חנותם מושהית מרביים הדופק (גשושית) ואז לניתוק אלקטרונים אניון נרגש. השליטה של הפרש הזמנים משאבת-בדיקה מלווה את התפתחות הברית האנרגיה של המערכת ואת האופי המשתנה של המסלולים של המערכת ציר הזמן של תנועה אטומית. דוגמאות כוללות הפוטוליזה של אני2− ו interhalogen מינים6,7,8,9, פיצול ו/או של אלקטרון מלון אחר אני−·uracil 10,11,12,13, אני−·thymine13,14, אני ·adenine−15, אני−·nitromethane16, בת 17 . ואת−·acetonitrile17 אשכול אניונים, הגילוי של ציר הזמן עד כה ארוכה באופן בלתי צפוי לייצור Cu− אטומי אניונים לאחר photoexcitation של CuO2− 18.
איור 1 מציג את אוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס (WUSTL) אניון photoelectron הדמיה ספקטרומטר19. המכשיר מורכב משלושה אזורים שאוב באופן שונה. יונים מיוצרים בבית הבליעה מקור אשר פועלת, בלחץ של 10−5 טנדר של גוה של ומכיל הפרשות יון מקור20, וצלחת יון אלקטרוסטטית החילוץ. יונים מופרדים על-ידי המסה ווילי-מקלארן תוף-MS21 (הלחץ בצינור-תוף הוא 10−8 טנדר של גוה של). זיהוי יון, בודק מתקיים באזור זיהוי (לחץ של 10−9 טנדר של גוה של) אשר מכיל עדשות VMI5 וגלאי חלקיקים טעונים. הרכיבים העיקריים של המכשיר מומחשים סכמטי איור 1b כאשר האזור המוצלל מייצג כל הרכיבים המוכלים בתוך מערכת ואקום. גז מוחדרים דרך הצינור פעמו השחרור. כדי לאזן את הלחץ כניסת גבוהה, תא המקור נשמר תחת ואקום באמצעות משאבת דיפוזיה על בסיס שמן. אזור פריקה מומחש באופן מפורט יותר דמות 2a. הפרש הפוטנציאלים גבוהה מוחל בין האלקטרודות, אשר הם מבודדים מפניו של הצינור על ידי סדרה של מפרידי טפלון. למעשה, טפלון משמש כמקור של אטומי פלואור לקבלת תוצאות מאוחר יותר.
השחרור מייצר תערובת של אניונים, קטיונים מינים נייטרלי. הצלחת החילוץ יון, יון האצת מחסנית, פוטנציאל המתג ו microchannel צלחת (MCP) גלאי (איור 1b) יוצרים את 2 מ’ ארוך יונים תוף-גב’ ויילי של מקלארן מופקים על-ידי היישום של דופק מתח (שלילי) לצלחת החילוץ יון, ואז הם מואץ יונים כל האנרגיה הקינטית. וריאציה של עוצמת הדופק החילוץ מתמקדת את זמן הגעתכם העדשה VMI בזמן העדשה einzel מפחית את חתך המרחבי של קרן יון. אניונים הם מחדש הפניה לקרקע באמצעות פוטנציאל מתג22, העיתוי של אשר משמש מבדיל המוני. הבחירה אניון מושגת על-ידי סינכרון הגעתו של דופק פוטון uv גלוי בסמוך עם שעת ההגעה אניון תוך העדשה VMI. האזורים הפרדה וזיהוי של יון להשתמש turbopumps ללא שמן כדי להגן הגלאי הדמיה.
אניונים ופוטונים אינטראקציה לייצר photoelectrons בכל מרחבי נפח המוצק שטיינמץ, המייצג את החפיפה בין הקורות יון ולייזר. העדשה VMI (איור 2b) מורכב שלוש אלקטרודות פתוח, שמטרתו היא להבטיח כי כל photoelectrons להגיע הגלאי חלוקת החלל מומנטום photoelectrons נשמרת. כדי להשיג זאת, מתחים שונים מוחלים extractor ו repeller ב כך, ללא קשר מרחבי נקודת המוצא, אלקטרונים עם וקטור מהירות התחלתית זהה מזוהים באותה הנקודה על הגלאי. הגלאי מורכב קבוצת MCPs מתאימים שברון אשר לשמש מכפילי אלקטרון. לכל ערוץ יש קוטר הסדר מיקרונים אחדים, לוקליזציה של הרווח ולשמר את מיקום המגע הראשוני. מסך פוספור מאחורי MCPs מציין המיקום באמצעות הדופק אלקטרון מוגבר כמו הבזק של אור אשר נרשם באמצעות מצלמה בשילוב התקן (CCD) של תשלום.
תזמון והמשך הפולסים מתח שונים הנדרשים נשלטים באמצעות זוג גנרטורים עיכוב דיגיטלי (DDG, איור 3). הניסוי כולו הוא חזר על בסיס ניסיון על ידי זריקה עם קצב החזרה של 10 הרץ. כל זריקה, מספר יונים של פוטונים אינטראקציה בהפקת אירועים מספר זיהוי לכל מסגרת המצלמה. מספר מסגרות אלף צבר לתמונה. במרכז התמונה מייצג מקור רווח מומנטום, ומכאן המרחק מהמרכז (r) הוא יחסי למהירות של אלקטרון. זווית θ באמצעות, (יחסית לכיוון קיטוב פוטון) מייצג את הכיוון של המהירות של אלקטרון. תמונה מכילה את ההפצה של זיהוי האירוע צפיפות. לפיכך, גם ניתן לצפות כמייצג את צפיפות ההסתברות לגילוי (בכל רגע נתון) של אלקטרון. מפעיל את הפרשנות נולד של פונקציית הגל (ψ) תמונה מייצגת | ψ | 2 עבור photoelectron23.
צפיפות ההסתברות אלקטרון 3D הוא cylindrically סימטרי על קיטוב של וקטור חשמלי (חדוהp) של הקרינה עם ערבול הסוגר של מידע. שחזור של ההפצה המקורית מושגת מתמטית24,25,26,27. התפלגות רדיאלי (של אלקטרונים) בבניה מחדש הוא הספקטרום photoelectron תחום של תנע (מהירות) אשר מומר לתחום האנרגיה באמצעות יישום של הטרנספורמציה Jacobian המתאים.
Photoelectron אניון הדמיה ספקטרומטר (איור 1) נעשה שימוש בניסויים אלה הוא מכשיר לפי הזמנה28. ההגדרות בטבלה 1 ו- 2 בטבלה עבור הפרוטוקול הספציפיים המכשיר הזה עבור הייצור של F− והדימות של תפוצתה photoelectron. מספר גירסאות דומות של העיצוב נמצאים בשימוש שונות מחקר מעבדות6,29,30,31,32,33,34 , 35 , 36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 42, אבל בלי כלים שני דומות בדיוק. בנוסף, כלי הגדרות הן בתלות חריפה מאוד רגיש לשינויים קטנים ב מידות כלי ותנאים.
שני גורמים הם קריטיים במיוחד להצלחת פרוטוקול המתואר. התנאים הטובים ביותר של מיפוי מהירות ניתן להיקבע, יותר ויותר חשוב, לייצר תשואה מספקת והשעה יחסית הקבועה של אניון הרצוי. בנוגע VMI מיקוד השלבים, השלבים 5.2 ו- 5.3 יש לחזור במשולב עם התמונה ניתוח כדי לקבוע את התנאי אשר נותן את תכונות התמונה החדה (…
The authors have nothing to disclose.
חומר זה מתבסס על עבודה הנתמכים על ידי הקרן הלאומית למדע תחת צ’ה – 1566157
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 |