Yöntem makalesi

Polyatomic radikal katyonlar güçlü alanlı adyabatik iyonlaşma ile Ultrafast titreşim Coherences ölçümü

6.6K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/58263

⸱

6 Ağustos 2018

 , 
1Department of Chemistry, Virginia Commonwealth University

Bu makalede

Özet

Biz moleküler ayrışma sonucu polyatomic radikal katyonlar ultrafast titreşim coherences problama için bir iletişim kuralı mevcut.

Özet

Biz polyatomic radikal katyonlar titreşim coherences hazırlama ve onların ultrafast dynamics problama için bir pompa-sonda Yöntem mevcut. Yaygın olarak kullanılan 800 alan güçlü iyonlaşma pompa nabız dalga boyu değişen tarafından nm yakın kızılötesi (1200-1600 nm) içine, adyabatik elektron iyonlaşma işleminin tünel katkısını göre multiphoton emme artırır. Adyabatik iyonizasyon etkili bir tutarlı titreşim devlet ("dalga paketi") için sonraki uyarma mükellef hazırlar elektron kaldırmadan iyon yere elektronik devlet baskın nüfus sonuçlanır. Bizim deneylerde zayıf alan 800 nm nabız ile tutarlı titreşim dynamics probed ve ayrışma ürünleri zamana bağımlı verimi bir uçuş zaman kütle spektrometre ölçülür. Biz 10 800 nm darbeleri ile karşılaştırıldığında bir faktörle iyon verimleri molekül dimetil methylphosphonate (DMMP) nasıl 1500 nm bakliyat uyarma için kullanarak tutarlı salınımlarını genliği geliştirir göstermek için üzerinde ölçümler mevcut. Bu iletişim kuralı mevcut pompa-sonda kurulumları bir optik parametrik amplifikatör (OPA) dalga boyu dönüşüm için Incorporation aracılığıyla uygulanabilir.

Giriş

1960 yılında lazer icadından beri seçmeli olarak kimyasal bağları moleküller kırma amacı uzun süredir devam eden rüyada kimyager ve fizikçi oldu. Her ikisi de ayarlamanıza olanak lazer frekans ve yoğunluk hedef bağ ile ilişkili titreşim frekansı1,2,3,4 absorbans seçici enerji doğrudan bölünme etkinleştirmek için inanılıyordu . Ancak, erken deneyler intramolecular titreşim dağıtılması emilir enerji molekülü boyunca sık sık en zayıf bağ4,5non-selektif bölünme içinde sonuçlandı bulundu. Bu kadar değil femtosecond gelişimi lazerler darbeli ve pompa-sonda tekniği6 ' geç tutarlı titreşim Birleşik veya "dalga paketler" manipülasyon doğrudan 1980 's bond bölünme ve diğer başarılı kontrol etkin oldu hedefleri6,7,8. Pompa-sonda ölçümleri, neyin "pompa" darbe bir heyecan durumu veya daha sonra bir süre iptal edildi "sonda" darbe tarafından heyecanlı iyon hazırlar, moleküller9ultrafast süreçleri eğitim için en çok kullanılan tekniklerden birini kalır, 10,11,12,13,14,15,16,17,18, 19,20.

Pompa-sonda uyarma için kitle spektrometrik algılama birleştiğinde kullanarak polyatomic radikal katyonlar dinamikleri hedef molekülün nonselective parçalanma iyonlaşma pompa tarafından doğar ultrafast ayrılma eğitimi için önemli bir sınırlama 800 nm21,22,23Ti:Sapphire dalga boyu nabız. Bu aşırı parçalanma sonuçları nonadiabatic multiphoton iyonlaşma--dan ve yakın kızılötesi uyarma dalga boyu ilerletmeniz azaltılabilir (Örn., 1200-1500 nm)22,23,24, 25. Bu daha uzun dalga boylarında, adyabatik elektron tünel arttıkça iyonlaşma süreci22,23multiphoton uyarma göre katkı. Adyabatik tünel molekül ve formları ağırlıklı olarak "soğuk" zemin durumu moleküler iyonlar19,22,23küçük aşırı enerji kazandırır. Önceki çalışmalarımız yakın kızılötesi uyarma kullanımını önemli ölçüde tutarlı titreşim uyarilmalar veya "dalga paketlerinde", 800 nm uyarma19, karşılaştırıldığında polyatomic radikal katyonlar hazırlanması geliştirir göstermiştir 20. Bu eser alan güçlü iyonlaşma 1500 nm ve 800 kullanarak kimyasal savaş ajanı simulant dimetil methylphosphonate üzerinde (DMMP) alınan pompa-sonda ölçümleri ile multiphoton ve tünel katkıları ile hakim arasındaki farkı göstermek nm Pompa dalga boylarında.

Süre iptal edildi, recombined ve odaklı bir uçuş zaman kütle spektrometre, içine, Şekil 1' deki bizim kurulumunda gösterildiği gibi ultrashort lazer bakliyat bir çift pompa-sonda deneylerimiz olur. Bu deneyler Ti:Sapphire rejeneratif amplifikatör üreten gerektirir > 2 mJ, 800 nm, 30 fs bakliyat. Amplifikatör çıkışı nerede enerji çoğunu bir optik parametrik amplifikatör (OPA) pompa için kullanılan 1200-1600 nm, 100-300 µJ, 20-30 fs bakliyat üretimi için bir 90:10 (% R: %T) ışın ayırıcı olarak ikiye bölünmüş durumda. IR pompa ışın çapı 22 mm ve çapı 800 nm sonda denge aletinin 5.5 mm ve özlü bir iris kullanarak aşağı collimated için genişletilir. Bu collimations pompa ışın böylece iyonlaşma pompa darbe sırasında oluşan tüm iyonlar tarafından zaman gecikmeli sonda darbe heyecanlı mısın sağlanması bir önemli ölçüde daha küçük ışın bel (9 µm) prob kiriş (30 µm), daha odak içinde neden. Çünkü bizim deneyler amacı odaklanmış ışın demeti kenarlarına yakın düşük yoğunluklarda, bile oluşan üst moleküler iyon dinamikleri soruşturma için bu yapılandırma kullanılır. Biz son derece heyecanlı daha fazla iyonik türlerin dinamikleri ilgi varsa, o zaman sonda ışın çapı pompanın bundan daha küçük yapılması gerektiğini unutmayın.

Pompa ve sonda nabız collinearly yayar ve Wiley-McLaren bir uçuş zaman kütle spektrometre (TOF-MS)26 (Şekil 2) çıkarma bölgesine odaklandık. Moleküler örnekleri bir şişede yerleştirilen koya bağlı ve vakum için açıldı. Bu kurulum molekül soruşturma altında sıfır olmayan bir buhar basıncı bulunmalıdır; düşük buhar basıncı ile moleküller için şişe ısıtmalı. Gaz halinde olan yakıtlar örnek akış odasına iki değişken sızıntı vana tarafından kontrol edilir. Örnek çıkarma bölgesi27' hedef molekül yerel olarak yüksek konsantrasyon yerine getirmeleri için bir 1/16" Paslanmaz çelik boru yaklaşık 1 cm uzakta lazer odak (Şekil 2) ile odaya girer. Ayıklama plaka odaklı bir 0,5 mm yarık vardır lazer yayılması ve iyon yollara dik. Pompa ışın Rayleigh aralığı yaklaşık 2 mm olduğundan, bu yarık yoğunluğu ile ekstraksiyon plaka28geçmek için en yüksek nerede merkez odak birimin oluşturulduğu iyonları sağlayan bir filtre görevi görür. İyonları nerede tespit ve tipik ticari Ti:Sapphire lazerler 1 kHz tekrarlama oranı 1 GHz dijital osiloskop ile kaydedilen ve Z-gap mikro kanal plaka (MCP) dedektörü29' ulaşmak için bir 1 m alan ücretsiz drift tüp girin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Not: Tüm ticari olarak elde edilen aletleri ve parçaları lazer, vakum pompaları, odası, uçuş saat tüp ve microchannel plaka dedektörü gibi yüklü ve üreticinin yönergelerine göre işletilen veya kullanım kılavuzuna bakınız. Lazer koruyucu gözlük çalışma lazer yoğunluklarda için tasarlanmış ve dalga boylarında giyilmelidir.

1. İnşaat TOF-MS26

  1. Tasarım ve iyon optik26 ve optik windows üzerinde 2 ¾" flanşlar iyon optik (Şekil 1) her iki tarafında monte bu süre için standart bir sürü karşılamak için yeterli alana sahip ultrahigh bir vakum (UHV) odası inşa.
  2. İyon optik bir 1-m uçuş tüp odasına monte yığını iliştirin.
    Not: optik masada yer kazanmak için bu iyon optik montaj ve tüp dikey olarak uçuş en kolayıdır.
  3. Aspiratör ve repeller plakaları, iş parçacığı tüp odası, dışarı arasında odasına 1/16" Paslanmaz çelik boru takın ve ¼" Paslanmaz çelik boru27için takın. Bir veya daha fazla değişken sızıntı vanalar ¼" Paslanmaz çelik boru takın.
    Not: Cam içeren moleküler örnekleri tüpler veya gaz tankları bu boru örnek giriş için bağlı.
  4. Bir 18 mm microchannel tabak yığını Z-yığın yapılandırma29 uçuş tüp sonuna ekleyin.
  5. 2 ¾" flanşlar odasına monte iki optik windows (1 mm kalınlık, 50 mm çaplı, erimiş silis) ekleyin.
    Not: Bu iki pencerede repeller ve çıkarıcı plakaları arasında uzayda aracılığıyla lazer ışınları yayar.
  6. İyon optik ve dedektör geçerli feedthroughs ve BNC kablo üzerinden yüksek voltajlı güç kaynakları için tel.
  7. Bir turbomoleküler pompa odası iyon optik ve ikinci bir pompa uçuş tüp dedektörü (Şekil 1) yakınındaki sonuna yakın iliştirin. Her iki pompa için bir uygun destek pompası bağlayın.
    Dikkat: turbomoleküler pompa dikey monte uçuş tüp sonuna kadar eklenirken, TOF sistemi pompanın ağırlığı nedeniyle bir tarafına yalın değil emin olmak için dikkat ediniz. Bu sorun optik masaya vakum odası ekleyerek azaltılabilir.
  8. Pompalar üzerinde açın ve 24 saat bekleyin. Basınç odasında hiçbir örnek ile 10-8 torr altında olması. Basınç yüksek ise, kaçakları kontrol ve sıkın fındık veya odası istenilen basınç ulaşılana kadar pişirin.

2. optik pompa ve sonda Yolları İnşaatı

Not: Pompa ve sonda optik yolları bir diyagram Şekil 1' de verilmiştir.

  1. Femtosecond lazer bakliyat sağlanması
    Not: Femtosecond lazer bakliyat (800 nm) üreticisinin göre işletilen ticari Ti:Sapphire rejeneratif amplifikatör kaynak tarafından temin edilmiştir.
    1. Lazer açmak ve yaklaşık 30 stabilize etmek min için bunun için beklemek.
    2. Pozisyon bir 90:10 (% R: %T) pompa inşa ve ışın satırları yoklama için kullanılan iki yineleme oluşturmak için çıktı laser sonra splitter ışınlayın. Yeterli güç teslim edilmesini sağlamak için her iki yineleme lazer gücünü kontrol edin.
    3. Optik parametrik amplifikatör (OPA) yansıyan ışın doğrudan ve kılavuzda yordamları kullanarak çıkış gücü optimize etmek.
  2. Pompa optik yol hazırlanması
    1. İstenen dalga boyu seçmek için OPA yazılım ayarlayın.
    2. Çıktı ışın OPA λ/2 dalga plaka (WP) ve polarize (P) üzerinden doğrudan.
    3. P polarize ışın engellemek ve içbükey için s polarize ışın doğrudan (f =-10 cm) ve konveks (f = 50 cm) 5 katına çapına genişletmek için aynalar.
    4. Genişletilmiş ışını Dikroik ayna (DC) için doğrudan.
  3. Sonda optik yol hazırlanması
    1. Dışbükey ayna 90:10 ışını splitter geçen ışın doğrudan (f = 20 cm) ve içbükey ayna (f =-10 cm) 2 katına çapına azaltmak için.
    2. İçi boş bir retro-yansıtıcı bir motorlu doğrusal gecikme sahnede monte için aşağı collimated ışını doğrudan. Montaj kolları iki düz aynalar sahne tam seyahat yelpazesini hareket ettiğinde retro reflektör değişmez sonra ışın pozisyon sağlamak için retro reflektör önce ayarlayın.
      Not: Bu pompa-sonda kayma örtüşme tam tarama aralığı boyunca muhafaza edilmesi sağlanır.
    3. Sonda darbe gücünü azalt, bir iris ışın çapı ayarlamak için sonra ND filtre Ekle ve ışını Dikroik ayna (DC) için yönlendirmek için gecikme aşamadan sonra bir akort nötr yoğunluk (ND) filtresi ekleyin.
  4. Pompa ve sonda darbe süreleri ölçümü
    Not: Pompa ve sonda nabız sürelerini ölçülür bir ev yapımı ikinci harmonik üretimi-frekans optik (SHG-kurbağa) çoğunluğuna Kur çözüldü. Bir SHG-kurbağa Kur, ölçüm süreci ve veri alma algoritmaları inşaatı ile ilgili ayrıntılar başka bir30,31,32bölümünde. Bizim deneyler, OPA dışarı darbe süreleri normal yaklaşık 20 fs ve bu 800 nm darbe yaklaşık 30 fs19,20,27uygulanır. Darbe sıkıştırma kullanarak, örneğin, aynalar chirped10,11,12,13 uygulamak için gerekli olabilir ancak, OPA'lar üst düzey darbe deformasyonları, neden olabilir veya bir acousto-optik modülatör16.
    1. Pompa veya sonda ışın engelleyin. Doğrudan düz aynalar ile kurbağa içine kalan kiriş pompa ve sonda nabız birleştirir Dikroik ayna sonra yerleştirilir.
    2. İki ışın β-Baryum-bor (BBO) kristal kurbağa çakışma çoğaltır emin olun. Üçüncü bir ışın iki özgün kiriş arasında görünene kadar ışın hizalama ve gecikme sahne ayarlayın.
    3. Bir iris ve f = 10 cm objektif, izole ve odak bir fiber optik montaj içine Işını Spektrometre ve bilgisayar bağlı.
    4. KURBAĞA tarama toplamak ve uygun yazılım ve alma algoritması ile darbe şekil almak.
    5. Adımları 2.4.1-2.4.3 diğer ışın için yineleyin. Kirişler için kurbağa yönetmenlik aynalar kaldırın.
  5. Pompa ve yoklama kiriş kayma örtüşme kaba
    Not: pompa ve yoklama kirişler görünür durumdaysa, adım 2.5.1 atlanabilir.
    1. 15 mm çaplı BBO kristal dikroik sonra her iki kiriş, böylece onları görünür hale dalga boylarında iki katına yerleştirin.
      Not: Bir portakal mavi 400 nm sonda ışın kolayca ayırt edilebilir 600-650 nm kiriş yapmak için bir OPA dalga boyu ~ 1200-1300 nm Bu adım için kullanmak en kolay yoldur. Pompa ışın en yoğun bölgesi kristal merkezinden geçer sağlamak için özen gösterin. Öyle ki her ne kadar bu açıdan belirli bir rengi maksimum yoğunluk karşılık gelmeyebilir turuncu ve mavi nabız kolayca görünür, kristal açı optimize edilmelidir.
    2. Öyle ki kirişler collinearly ile TOF-MS odaya yaymak ayna kullanarak hizalamaları dikroik önce bağlar pompa ve sonda ışını ayarlamak ve diğer taraftan dışarı.
      Not: Sonda ışını küçük çapı ve pompa ışın ortasında merkezli.
  6. Geçici örtüşme pompa ve yoklama kirişler kaba
    Not: burada açıklanan yöntemi osiloskop çözünürlük için sınırlıdır ve yalnızca birkaç milimetre seyahat gecikme sahnede içinde sıfır gecikme konuma belirleyebilirsiniz.
    1. Bir hızlı fotodiyot dedektörü pencere girişinin önünde birkaç santimetre pompa ve yoklama kirişler yolundaki TOF-MS odasına koyun. Bir dijital osiloskop dedektörü kablosunu takın ve bağımsız olarak pompa ve sonda nabız sinyalleri bulun.
    2. Öyle ki osiloskop pompa ve yoklama sinyalleri geçici örtüşen motorlu gecikme sahne sonda satırındaki konumunu ayarlamak. Bir sinyal sürekli önünde (geride) osiloskop diğerinde ise, kısaltmak veya gerektiği gibi yol uzunluğu uzatmak için motorlu gecikme sahne tutan bağlar taşıyın.
    3. Fotodiyot dedektörü kaldırın.

3. ön ölçümleri

Not: Tüm veriler bizim deneylerde içi ticari araç kontrol yazılımı (Malzemeler tablo) ile yazılmış kodları kullanarak satın alınan. Tüm araç sürücü yazılımı ilgili üreticisinden elde edildi.

  1. Kalibrasyon mutlak en yüksek yoğunluk pompa darbe28
    1. Sonda ışın engellemek ve eklemek bir f = 20 cm objektif kütle spektrometre giriş penceresine önce doğrudan el ile doğrusal çeviri sahnede monte.
    2. Dalga plaka (WP) döndürme açısı (Şekil 1önce objektif ölçülen pompa ışın gücü en üst düzeye çıkarmak için) ayarlayın.
    3. Xe benzin TOF-MS odası koya ekleyin ve 5-10 x 10-8 torr basınç göstergesi okur öyle ki odasına gaz akışını denetleyen sızıntı Vana ayarlayın. TOF-MS güç kaynağı voltaj kapalı basınç ani artışlar nedeniyle MCP dedektörü için zarar görmemesi için örnek baskı ayarlarken olduğundan emin olun.
    4. Çıkış kabloları MCP dedektörü ve dijital osiloskop lazer sinyal gecikme jeneratöre bağlayın. Osiloskop lazer sinyal tetiklemek için ayarlayın.
    5. TOF-MS güç kaynağı açmak ve voltaj kontrol edin. Tipik V1, V2, V3ve V4 (resim 2) gerilimleri +4,190 V, +3,910 V, 0 V ve-3,000 V, sırasıyla değerleridir.
    6. İyon sinyalleri Xe+ (ve daha yüksek ücret Türkiye) osiloskop içinde doğrudan ya da bir bilgisayar üzerinden osiloskop için bağlı olup olmadığını denetleyin.
    7. Toplam iyon sinyal en üst düzeye çıkarmak için objektif tutan el ile çeviri sahne konumunu ayarlamak. Bu adım pompa ışın odak gösterildiği Şekil 2kesmek 0,5 mm ile çakışıyor sağlar.
    8. Kayıt veri toplama yazılımı kullanarak Xe kütle spektrumu.
    9. Lazer güç daha önceden ölçülmüş güç daha düşük bir güç ~ 20 mW elde etmek için WP açı çevirerek azaltın.
    10. Lazer güç ölçülebilir Xe+ sinyal oluşturmak için çok düşük kadar adımları 3.1.8-3.1.9 yineleyin. 10-15 farklı lazer gücü, kitle spectra toplam kaydedilmelidir.
    11. Uygun veri analiz yazılımı kullanarak izlemek belgili tanımlık merdiven içinde başvuru için mutlak doygunluk yoğunluğu Xe+ (1.12 1014 W cm-2x) için karşılık gelen lazer darbe enerji tanımlamak için 2828. Bu yordam herhangi bir pompa darbe enerji daha fazla deneylerde kullanılan için bir mutlak yoğunluğu ölçek sağlar.
  2. Kalibrasyon mutlak en yüksek yoğunluk sonda darbe33
    Not: zayıf sonda darbe yoğunluk nedeniyle 3.1. adımda anlatılan Xe kalibrasyon yöntemi kullanılamaz. Bunun yerine, sonda yoğunluğu deneylerde odak noktası ile bir dijital fotoğraf makinesi32, darbe süresi ve enerji ile birlikte spot boyutunda ölçerek tahmin.
    1. Pompa ışın engellemek ve düz bir yol boyunca sonda ışını Dikroik ayna sonra iki düz aynalar kullanarak doğrudan.
    2. Odaklama lens odaya bitişik pozisyonundan kaldırmak ve sonda ışın yolundaki soruşturma ışın onun merkezinden geçer sağlanması yerleştirin.
    3. Değişken ND filtre kullanarak sonda ışın enerji en aza indirmek ve darbe enerji ~ 100 aşağıda azaltmak için ek ND filtre ekleyin nJ.
    4. CMOS kompakt el ile doğrusal çeviri sahnesinde yerini ve uygun veri toplama yazılımı olan bir bilgisayara bağlayın. Sonda ışın yolu çeviri aşamasında ışın odak nokta merkezli kamera ile bağlayın. Yazılım programı kullanarak ışın nokta bulun. ND filtre ekleyin ve doygunluk CMOS Dedektör önlemek için fotoğraf makinesi satın alma ayarlarını yapın.
    5. En küçük, en yoğun lazer nokta elde etmek için çeviri sahne konumunu ayarlamak. Bu konum ışın odak için karşılık gelir.
    6. Odak, bir kamera görüntüsü elde etmek ve spot ışın çapı belirlemek için uygun veri analiz yazılımı kullanarak iki boyutlu bir Gauss işlev için uygun.
    7. Sonda ışın kameraya yönetmenlik aynalar kaldırmak ve odaklama lens konumunu TOF-MS önünde geri dönün.
  3. Pompa-sonda kayma ve geçici örtüşme TOF-MS belirlenmesi
    Not: Adım 3.1 protokolünde tamamlanması kabul edilir. XE gaz örnek uzamsal ve geçici örtüşme belirlemek için kullanılabilir gibi görünse, kütle spektrumunda değişiklikleri olumlu zaman-gecikmeler yerine yalnızca sıfır gecikmeli bir dizi üzerinden görülebilir çünkü hedef molekül için çalışma kullanmak için tavsiye edilir , Xe olduğu gibi.
    1. İstenen örnek TOF-MS odasına bağlanmak ve basınç 1-5 x 10-7 torr aralığına ayarlayın.
    2. Pompa ve yoklama kirişler engelini kaldırmak ve onlar TOF-MS odasına hizalandığından emin olun.
    3. Prob güç ND filtre ayarlayarak en üst düzeye çıkarmak. Pompa gücü ile waveplate tatmin edici iyon sinyal almak için yeterince yüksek bir seviyeye ayarlayın.
      Not: Prob güç parçalanma ikna etmek için ama o kadar yüksekten iyonları pompa nabzı yokluğunda oluşturmak için yeterince yüksek olmalıdır.
    4. Sonda ışını Dikroik ayna Dağı (DC, Şekil 1) kolları ile kayma konumunu ayarlamak kadar ya ani bir artış tüm iyonlarının yoğunluğunu görülmektedir (sahne konum tam olarak sıfır gecikme ise) veya üst moleküler önemli tükenmesi İyon ve/veya parça iyon verimleri artış gözlenen (pozitif bir Gecikmeli için sahne pozisyon karşılık geliyorsa).
    5. İyon sinyalleri hiçbir değişiklik gözlenir, sahne konum negatif zaman-gecikme, i.eolasıdır., sonda pompa önce gelir. Uzun bir yol motorlu gecikme aşamaya sonda ışın için ayarlamak ve kütle spektrumu bir değişiklik görülmektedir kadar adımları yineleyin 3.3.4.
    6. Ani bir artış toplam iyon sinyal üretmek için motorlu gecikme sahne pozisyonunu ayarlayýn. Bu pozisyon için sıfır gecikmeli karşılık gelir. Sıfır gecikmeli pompa ışın sadece ile alınan kitle spektrum birlikte iyi ve kötü kayma örtüşme ile alınan DMMP molekülünün temsilcisi kitle spectra Şekil 3' te gösterilmektedir.
  4. Çapraz korelasyon6,34
    Not: Çapraz korelasyon ölçüm Xe32gibi bir asal gaz gerçekleştirilmelidir. Bu kurbağa ve sıfır gecikmeli için karşılık gelen gecikme sahne konumu her iki darbe süreleri ölçülmüştür doğrulamak için hizmet vermektedir.
    1. XE ile gaz odası (adım 3.1) ve en iyi duruma getirilmiş ışın çakışma (adım 3,3), hareket sıfır gecikmeli bulmak için motorlu sahne pozisyon (i.e., Xe+ sinyal ekranı kapladığında).
    2. Motorlu çeviri sahne -200 fs 200 fs 5 fs adımlarla için gecikme aralığı boyunca inceden inceye gözden geçirmek. Bu tarama 120 µm sıfır gecikme süresini konumunda merkezli bir dizi üzerinden 1,5 µm adımlarına karşılık gelir. Her kayıt kitle spektrum pozisyon inceden inceye gözden geçirmek ve Xe+ verimleri zamana bağımlı iyon sinyal34elde etmek için entegre.

4. pompa-sonda ölçümleri

  1. Ölçümleri alarak önce ön denetimler
    1. Her iki kiriş collinearly odası (Şekil 1) pencereden yayılıyor onaylamak için deneysel ayarları'nı denetleyin.
    2. İstenen örnek TOF-MS odasına ekleyin ve yavaş yavaş örneği 1-5 x 10-7 torr hedef basınç elde etmek için değişken sızıntısı valve(s) kullanarak odanın içine yayın. Ne zaman basınç nedeniyle MCP dedektörü için zarar görmemesi için örnek basınç ayarlama tırmanıştır TOF-MS güç kaynağı voltaj kapandığından emin olun.
    3. Buhar basıncı molekülün istenilen basınç üretmek için çok düşükse, istenilen basınç elde kadar örnek sahibi ısı yavaşça.
    4. Açmak ve TOF-MS voltaj (adım 3.1.5) kontrol edin. Veri toplama yazılımı motorlu gecikme sahne ve osiloskop ile iletişimi ile ilgili olarak işlerliğini doğrulayın.
    5. Objektifin önünde odası (adım 3.1.7) ve iyon sinyal ve kayma örtüşme optimize etmek için pompa-sonda kayma hizalama (adım 3.3.4) ayarlayın.
  2. Veri toplama
    1. İstenen iyon sinyalleri almak için pompa ve yoklama darbe enerjileri ayarlayın.
    2. Veri toplama yazılımı tarama uzunluğu ve adım boyutu belirtin.
      Not: Tipik tarama uzunlukları bizim deneyler menzil 1000-5000 fs ve adım boyutları aralığı 5-20 fs19,20.
    3. Her pompa-sonda gecikme, kitle spektrum elde etmek için veri toplama yazılımı çalıştırın.
      Not: Genellikle, 1000 lazer birkaç kadeh bir inceden inceye gözden geçirmek her zaman gecikme, kaydedilen kitle spektrum ortalama. Yeterince yüksek sinyal gürültü oranı elde etmek için 10-20 inceden inceye gözden geçirmek istediğiniz ayarları alınır (i.e., tarama uzunluğu, adım boyutu, pompa ve sonda güçler) ve ortalama olarak. Lazer güç kayması etkilerini en aza indirmek için tarama gecikme-sahne seyahat yönde dönüşümlü olarak alınabilir. Tüm veriler sekmeyle ayrılmış metin dosyaları olarak kaydedilir. Tek bir tarama için 1250 fs tarama uzunluğu 5 fs adım büyüklüğü ile DMMP alınan temsilcisi ham kitle spektral verileri Şekil 4' te gösterilmiştir.
  3. Veri işleme
    1. Her kitle en yüksek faiz ( Şekil 4bracketed bölgelerde tarafından resimli) için uçuş zaman aralığı tanımlamak ve her kütle spektrumunda bu aralıklar üzerinde entegre. Çıktıların her iyon ilgi zaman çözüldü sinyalleri temsil eder. Örneğin, DMMP üst moleküler iyon ile iyi ve kötü pompa-sonda kayma örtüşme bir pompa-sonda taramasından elde zaman çözüldü iyon sinyaller Şekil 5' te gösterilmektedir.
    2. Adımı yineleyin 4.3.1 inceden inceye gözden geçirmek istediğiniz sayıyı elde etmek için (Örn., 10-20)19,20 , aynı tarama ayarlarını. Her zaman çözüldü iyon sinyal alınan tüm taramaları üzerinde ortalama. Temsilcisi ortalama iyon sinyaller Şekil 6' da gösterilmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Molekül DMMP21 için elde edilen sonuçları sunulmuştur. Şekil 3 sıfır gecikmeli ile en yüksek yoğunluklarda 1500 nm pompa ve 8 x 1013 olmak 800 nm sonda bakliyat ve 8 x 1012 W cm-2, sırasıyla alınan DMMP kitle spectra gösterir. Başvuru için sadece pompa darbe ile alınan kütle spektrumu de gösterilir. Spectra ortalama 10.000'den fazla lazer çekim (Toplam edinme saat 12 s) bulunmaktadır. İyon sinyalleri ar...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Bu iletişim kuralı polyatomic radikal katyon iyonlar yere elektronik devlet seçici hazırlık ile ultrafast titreşim dinamiklerini çözmek bize sağlar. İse standart alan güçlü iyonlaşma yordamı kullanarak 800 nm yere elektronik devlet radikal katyonlar ilk satır diatomics10,11,12,13 ve CO titreşim coherences hazırlamak 2 14 , 15...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Bu eser ABD Ordusu araştırma ofisi ile sözleşme W911NF-18-1-0051 tarafından desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
< güçlü > Kütle spektrometresi bileşenleri< / güçlü >
TOF lens yığını ve uçuş tüpü montajıJordan TOF Products, Inc.C-677
18 mm Z-boşluk dedektörü düzeneğiJordan TOF Products, Inc.C-701Z
TOF yüksek gerilim güç kaynağıJordan TOF Products, Inc.D-603
Vakum sistemi bileşenleri
Döner kanatlı destek pompasıEdwards Vacuum LLCRV12
Turbomoleküler pompalar (2)Edwards Vacuum LLCEXT255H
Turbomoleküler pompa kontrolörleri (2)Edwards Vacuum LLCEXC300
Basınç göstergesiEdwards Vacuum LLCAIGX-S-DN40CF
ChillerNeslabCFT-25
Femtosaniye lazer sistemi
Ti: Safir rejeneratif amplifikatörCoherent, Inc.Astrellaosilatörü ve amplifikatörü
Optik Parametrik Amplifikatör (OPA)Işık DönüşümüTOPAS Prime
Hareket kontrolü
Motorlu doğrusal çeviri aşaması 1" seyahatDoğrusal çeviri aşaması için ThorlabsZ825B
denetleyiciThorlabsKDC 101
USB denetleyici hub'ı ve güç kaynağıThorlabsKCH 601
Manuel doğrusal çeviri aşaması 1" seyahatThorlabsPT1
Dedektörler
Piroelektrik lazer enerji ölçerCoherent, Inc.
Termal lazer güç ölçerCoherent, Inc.5356E16R
Si-önyargılı dedektör 200-1100 nmThorlabsDET10A
Kompakt USB CMOS KameraThorlabsDCC1545M
USB spektrometresiOkyanus OptiğiHR4000
1 GHz dijital osiloskop LeCroyWaveRunner 610Zi
Optik
Tip 1 BBO kristaliCrylight PhotonicsBBO007diyafram açıklığı ve kalınlığı özelleştirilebilir
Akromatik yarım dalga plakası, 1100-2000 nmThorlabsAHWP05M-1600
Wollaston prizma polarizörThorlabsWPM10
İçi Boş retro reflektörPLX, Inc.OW-20-1C
Değişken nötr yoğunluk filtresiThorlabsNDC-100C-2
Uzun geçişli dikroik ayna 2 "çapThorlabsDMLP950L
Yazılım< / güçlü>
Dijital Kamera görüntü yazılımıThorlabsThorCam
Enstrüman iletişim arayüzüUlusal InstrumentsNI-MAX
Ölçüm programları için grafik geliştirme ortamıNational InstrumentsLabVIEW
Veri işleme yazılımıMathworksMATLAB
Su soğutma için Tek bir entegre sistemde 1168337

Kaynaklar

  1. Letokhov, V. S. Photophysics and Photochemistry. Physics Today. 30 (5), 23-32 (1977).
  2. Bloembergen, N., Yablonovitch, E. Infrared laser induced unimolecular reactions. Physics Today. 31 (5), 23-30 (1978).
  3. Zewail, A. H. Laser selective chemistry-is it possible? Physics Today. 33 (11), 25-33 (1980).
  4. Brif, C., Chakrabarti, R. L., Rabitz, H. Control of quantum phenomena: past, present and future. New Journal of Physics. 12, 075008(2010).
  5. Bloembergen, N., Zewail, A. H. Energy redistribution and the question of mode selective laser chemistry revisited. The Journal of Physical Chemistry. 88 (23), 5459-5465 (1984).
  6. Rosker, M. J., Dantus, M., Zewail, A. H. Femtosecond real-time probing of reactions. I. The technique. The Journal of Chemical Physics. 89 (10), 6113-6127 (1988).
  7. Zewail, A. H. Femtochemistry: Recent progress in studies of dynamics and control of reaction and their transition states. The Journal of Physical Chemistry. 100 (31), 12701-12724 (1996).
  8. Warren, W. S., Rabitz, H., Dahleh, M. Coherent Control of Quantum Dynamics: The Dream Is Alive. Science. 259 (5101), 1581-1589 (2003).
  9. Kosma, K., Trushin, S. A., Fuß, W., Schmid, E. E. Cyclohexadiene ring opening observed with 13 fs resolution: coherent oscillations confirm the reaction path. Physical Chemistry Chemical Physics. 11 (1), 172-181 (2009).
  10. De, S., Magrakvelidze, M., Bocharova, I. A., Ray, D., Cao, W., Znakovskaya, I., Li, H., Wang, Z., Laurent, G., Thumm, U., Kling, M. F., Litvinyuk, I. V., Ben-Itzhak, I., Cocke, C. L. Following dynamic nuclear wave packets in N, O and CO with few-cycle infrared pulses. Physical Review A. 84 (4), 043410(2011).
  11. Bryan, W. A., McKenna, J., English, E. M. L., Wood, J., Calvert, C. R., Torres, R., Murphy, D. S., Turcu, I. C. E., Collier, J. L., McCann, J. F., Williams, I. D., Newell, W. R. Isolated vibrational wavepackets in D: Defining superposition condition and wavepacket distinguishability. Physical Review A. 76 (5), 053402(2007).
  12. Calvert, C., Bryan, W., Newell, W., Williams, I. Time resolved studies of ultrafast wavepacket dynamics in hydrogen molecules. Physics Reports. 491 (1), 1-28 (2010).
  13. Kelkensberg, F., Lefebvre, C., Siu, W., Ghafur, O., Nguyen-Dang, T. T., Atabek, O., Keller, A., Serov, V., Johnsson, P., Swoboda, M., Remetter, T., L'Huillier, A., Zherebtsov, S., Sansone, G., Benedetti, E., Ferrari, F., Nisoli, M., Lépine, F., Kling, M. F., Vrakking, M. J. J. Molecular dissociative ionization and wave-packet dynamics studied using two-color XUV and IR pump-probe spectroscopy. Physical Review Letters. 103 (12), 123005(2009).
  14. Erattupuzha, S., Larimian, S., Baltuska, A., Xie, X., Kitzler, M. Two-pulse control over double ionization pathways in CO. The Journal of Chemical Physics. 144 (2), 024306(2016).
  15. Rudenko, A., Makhija, V., Vajdi, A., Ergler, T., Schurholz, M., Kushawaha, R. K., Ullrich, J., Moshammer, R., Kumarappan, V. Strong field-induced wave packet dynamics in carbon dioxide molecule. Faraday Discussions. 194, 463-478 (2016).
  16. Pearson, J. B., Nichols, S. R., Weinacht, T. Molecular fragmentation driven by ultrafast dynamic ionic resonances. The Journal of Chemical Physics. 127 (13), 131101(2007).
  17. Bohinski, T., Tibbetts, K. M., Tarazkar, M., Romanov, D. A., Matsika, S., Levis, R. J. Strong field adiabatic ionization prepares a launch state for coherent control. The Journal of Physical Chemistry Letters. 5 (24), 4305-4309 (2014).
  18. Tibbetts, K. M., Tarazkar, M., Bohinski, T., Romanov, D. A., Matsika, S., Levis, R. J. Controlling the dissociation dynamics of acetophenone radical cation through excitation of ground and excited state wavepacket. The Journal of Physics B: Atomic, Molecular, and Optical Physics. 48 (16), 164002(2015).
  19. Ampadu Boateng, D., Gutsev, G. L., Jena, P., Tibbetts, K. M. Ultrafast coherent vibrational dynamics dynamics in dimethyl methylphosphonate radical cation. Physical Chemistry Chemical Physics. 20 (7), 4636-4640 (2018).
  20. Ampadu Boateng, D., Gutsev, G. L., Jena, P., Tibbetts, K. M. Dissociation dynamics of 3- and 4-nitrotoluene radical cations: Coherently driven C-NO bond homolysis. The Journal of Chemical Physics. 148 (13), 134305(2018).
  21. Markevitch, A. N., Romanov, D. A., Smith, S. M., Schlegel, H. B., Ivanov, M. Y., Levis, R. J. Sequential non adiabatic excitation of large molecules and ions driven by strong laser fields. Physical Review A. 69 (1), 013401(2004).
  22. Lezius, M., Blanchet, M., Rayner, D. M., Villeneuve, D. M., Stolow, A., Ivanov, M. Y. Nonadiabatic multielectron dynamics in strong field molecular ionization. Physical Review Letters. 86 (1), 51(2001).
  23. Lezius, M., Blanchet, V., Ivanov, M. Y., Stolow, A. Polyatomic molecules in strong laser fields: Nonadiabatic multielectron dynamics. The Journal of Chemical Physics. 117 (4), 1575(2002).
  24. Bohinski, T., Tibbetts, K. M., Tarazkar, M., Romanov, D., Matsika, S., Levis, R. J. Measurement of an electronic resonance in a ground-state, gas-phase acetophenone cation via strong-field mass spectrometry. The Journal of Physical Chemistry Letters. 4 (10), 1587-1591 (2013).
  25. Bohinski, T., Tibbetts, K. M., Tarazkar, M., Romanov, D., Matsika, S., Levis, R. J. Measurement of ionic resonances in alkyl phenyl ketone cations via infrared strong field mass spectrometry. The Journal of Physical Chemistry A. 117 (47), 12374-12381 (2013).
  26. Wiley, W. C., McLaren, I. H. Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution. Review of Scientific Instruments. 26, 1150-1156 (1955).
  27. Gutsev, G. L., Ampadu Boateng, D., Jena, P., Tibbetts, K. M. A Theoretical and Mass Spectrometry Study of Dimethyl Methylphosphonate: New Isomers and Cation Decay Channels in a Femtosecond Laser Field. The Journal of Physical Chemistry A . 121 (44), 8414-8424 (2017).
  28. Hankin, S. M., Villeneuve, D. M., Corkum, P. B., Rayner, D. M. Intense-field laser ionization rates in atoms and molecules. Physical Review A. 64 (1), 013405(2001).
  29. Amitay, Z., Zajfman, D. A new type of multiparticle three-dimensional imaging detector with subnanosecond time resolution. Review of Scientific Instruments. 68 (3), 1387-1392 (1997).
  30. Trebino, R., Kane, D. J. Using phase retrieval to measure the intensity and phase of ultrashort pulses: frequency-resolved optical gating. Journal of the Optical Society of America A. 10 (5), 1101(1993).
  31. DeLong, K. W., Trebino, R., Hunter, J., White, W. E. Frequency-resolved optical gating with the use of second harmonic generation. Journal of the Optical Society of America B. 11 (11), 2206(1994).
  32. Trebino, R. Frequency Resolved Optical Gating. , Kluwer Academy Publishers. Boston. (2000).
  33. Ruff, J. A., Siegman, A. E. Single-pulse laser beam quality measurements using a CCD camera system. Optics Letters. 31 (24), 4907-4909 (1992).
  34. Trushin, S. A., Kosma, K., Fuß, W., Schmid, W. E. Sub-10-fs supercontinuum radiation generated by filamentation of few-cycle 800 nm pulses in argon. Optics Letters. 32 (16), 2432-2434 (2007).
  35. Fuß, W., Schmid, W. E., Pushpa, K. K., Trushin, S. A., Yatsuhashi, T. Ultrafast relaxation and coherent oscillations in aminobenzonitriles in the gas phase probed by intense-field ionization. Physical Chemistry Chemical Physics . 9 (10), 1151-1169 (2007).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Pompa Prob Y ntemiOptik Parametrik Amplifikat rU u S resi K tle SpektrometresiDalga Boyu D n mI n Mekansal rt mesiyon Sinyali TespitiVibrasyonel Dalga Paketi

İlgili makaleler