Hipoglisemi arasında ayırt etmek için bir araç olarak Coulomb patlama görüntüleme

Bu deneyin genel amacı, gaz fazındaki tekil moleküllerin kiralitesini görüntülemek için Coulomb patlamasını kullanmaktır. Bu yöntem, stereokimyadaki önemli soruları yanıtlamak için geliştirilmiş yeni bir yaklaşımdır. Özellikle, küçük kiral türlerin mutlak konfigürasyonlarının ve bunların foto-indüklenmiş dinamiklerinin belirlenmesine olanak tanır.

Bu tekniğin temel avantajı, moleküler bir parçalanmadan kaynaklanan tüm yüklü fragmanların enerjisinin ve emisyon yönünün aynı anda (coincidence) kaydedilebilmesidir. Tek molekül bazında stereokimyanın sırlarını daha iyi anlamak ve ölçmek için bu çoklu çakışmalı (multicoincidence) görüntüleme tekniğini 25 yılı aşkın bir süredir geliştiriyoruz. Deneyin merkezinde, bu COLTRIMS düzeneği gibi iyonların çakışmalı görüntülemesi için tasarlanmış bir kurulum ve bir femtosaniye lazer yer almaktadır.

Femtosaniye lazer ışını bitişik bir odadan girer. COLTRIMS tekniğinin temelleri bu animasyonda gösterilmektedir. Bir moleküler ışın, bir nozul ve bir skimmer aracılığıyla vakum odasına girer.

Bir lazer ışını, moleküler ışına dik açıyla kesişerek iyonlaşmaya ve ardından fragmantasyona yol açar. Spektrometredeki elektrik alanı, iyonları çarpma zamanlarının ve konumlarının kaydedildiği detektöre yönlendirir. Kurulumu çalışmaya hazır hale getirin ve etkileşim odasındaki vakumu kontrol edin.

Basınç 10⁻⁹ hectopascal'dan düşük olmalıdır. Lazer açık ve düşük yoğunluktayken ışın hizalamasını gerçekleştirin. Işının deney odasına girdiğinden ve odanın odaklama aynasından yansıdığından emin olun.

Gelen ve giden ışınların uzaysal olarak çakıştığını kontrol etmek için bir ışın kartı kullanın. Devam etmeden önce lazer ışınını engelleyin. Spektrometre ve detektör güç kaynaklarını açmak için hazırlık yapın.

Öncelikle, etkileşim odasındaki vakum ölçerleri kapatın. Ardından, mikrokanal plakaların yükseltilmiş sinyal çıkışını hızlı bir osiloskoba bağlayın. Şimdi detektör ve spektrometredeki elektrik alanı için yüksek voltaj güç kaynaklarını açın.

Önce lazer ışınının önündeki engeli kaldırarak çalışmaya geri dönün. Işın yoğunluğunu ayarlamak için döndürülebilir bir polarizasyon filtresini hazır bulundurun. Odadan hemen önce ışın yoluna bir güç ölçer yerleştirin ve filtreyi kullanarak ışın yoğunluğunu 10¹⁴ watts per square centimeter değerinin altına ayarlayın.

Bu kurulum için, bu değer güç metrede 100 milliwatt'a karşılık gelir. Güç metreyi kaldırın ve osiloskop izini gözlemleyin. Sinyal kalitesini ve detektör ayarlarını kontrol etmek kritik önem taşır.

Çok fazla gürültü kaydedilirse gerçek çakışmaları bulmak oldukça zordur. Sinyal frekansı, lazer tekrarlama hızının yaklaşık %5'i olmalıdır. Sinyal, herhangi bir çınlama olmadan birkaç yüz milivolt değerinde tek bir tepe noktasına sahip olmalıdır.

Mikrokanal plakadan gelen sinyallerin genişliği 10 nanoseconds değerini aşmamalıdır. Şimdi veri toplama yazılımına geçin. Burada, dedektörün görüntüsünü ekrana getirin; bu görüntü, lazer nedeniyle merkezinde yayılmış bir leke bulunan bir daire şeklinde olmalıdır.

Bu noktada, gaz jetinin kaynağı olarak bir gaz tüpünden bir bar argon sağlayın. Odaklama aynasını ayarlarken veri toplama yazılımındaki dedektör görüntüsünü canlı olarak izleyin. Eğer dar bir nokta belirirse, moleküler jet ile lazer ışını arasındaki örtüşme konumu tespit edilmiş demektir.

Amaç, jet ışını örtüşmesini maksimize etmek ve jet noktasındaki sayımları artırmaktır. Jet ışını örtüşmesini optimize ettikten sonra, örneği deneyde kullanılacak şekilde hazırlayın. Bu örnek, düzeneğe uyumlu bir silindirin içindedir.

Öncelikle, numune kayıplarını önlemek için silindiri bir ila iki dakika boyunca sıvı azot ile soğutun. Soğutulmuş silindiri jet sistemine bağlayın ve bağlantıyı vakuma dayanıklı hale getirmek için sıkın. Ardından, havayı tahliye etmek için valfi açarak sistemi birkaç saniye boyunca pompalayın.

Jet nozuluna giden valfi açmadan önce numunenin oda sıcaklığına dönmesini bekleyin. Kaynak oda basıncı artmalıdır. Veri toplama yazılımına geri dönün.

Bilgisayar başında, bir jet lekesinin hâlâ görünür olduğunu doğrulayın ve uçuş süresi spektrumundaki en belirgin pikleri tanımlayın. Veri toplama yazılımında çalışmaya devam edin. Analiz için, x-ekseninde tespit edilen ilk iyonun uçuş süresini ve y-ekseninde tespit edilen ikinci iyonun uçuş süresini kullanarak bir grafik oluşturun.

İki fragman rastgele çakışma şeklinde tespit edildiğinde, çok sayıda sayımın olduğu bölgeler olarak görünürler. Eğer iki fragmanın toplamı ana kütleye eşitse, momentumun korunumu ilkesini karşılarlar ve keskin diyagonal çizgiler şeklinde belirirler. X-ekseni değeri olarak birinci ve ikinci vuruşların uçuş sürelerinin toplamını, Y-ekseni değeri olarak ise üçüncü ve dördüncü vuruşların uçuş sürelerinin toplamını kullanan bir grafik ile dört parçacığın uçuş süresi analizini gerçekleştirin.

Oluşan yapıların konumları ve şekilleri, kütleler ve momentumlar hakkında bilgi verir. Spektrumdaki sayım sayısını optimize etmek için lazer gücünü ayarlayın. İlgili parçalanma oranı optimize edilirken, yanlış rastgele çakışmaları önlemek için toplam oranın lazer tekrarlama hızının %10'unu geçmemesi gerektiğini unutmamak gerekir.

Bu veriler, bromokloroflorometanın sentetik rasemik bir karışımından elde edilmiştir. Yalnızca beş tek yüklü iyona parçalanmanın gerçekleştiği olaylar gösterilmiştir. Yatay eksen, halojen iyonlarının momentum vektörlerinin üçlü çarpımı kullanılarak hesaplanmıştır.

S enantiomeri histogramın solundadır. Diyagram, buna ilişkili açı verilerini göstermektedir. R enantiomeri ise histogramın sağında, açısını gösteren bir diyagram ile birlikte yer almaktadır.

Lazer tekrarlama hızı 100 kilohertz idi ve ölçüm yaklaşık 11 saat sürdü. Bu animasyon, fragmanların kaydedilen momentum vektörü verilerini kullanarak, jetlerdeki rastgele yönelimlerinin bir moleküler koordinat sistemine nasıl dönüştürülebileceğini göstermektedir. Bu videoyu izledikten sonra, COLTRIMS tekniği kullanılarak Coulomb patlama görüntülemesinin nasıl gerçekleştirildiği hakkında bir fikir edinmiş olmalısınız.

Dört veya beş fragmanın momentum vektörlerinin çakışık olarak kaydedilmesi, moleküle dair ayrıntılı bir görünüm sağlar. Ancak bu bilgilerin ham verilerden çıkarılması, analiz aşamasında yoğun bir çaba gerektirir. Moleküller dünyasındaki yaşam biliminin sırları, saniyenin milyarda birinin milyarda biri ölçeğindeki bir zaman diliminde gerçekleşir ve yöntemimiz bu hızlı dinamikleri ortaya çıkarıp görselleştirebilir.