JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

نقدم بروتوكول لسبر كوهيرينسيس الذبذبات فائق السرعة في polyatomic الكاتيونات جذرية تؤدي إلى تفكك الجزيئية.

Abstract

نقدم أسلوب تحقيق مضخة لإعداد كوهيرينسيس الذبذبات في polyatomic الكاتيونات الراديكالي وسبر ديناميتها فائق السرعة. عن طريق تحويل الطول الموجي لنبض مضخة المؤينة ميدانية قوية من 800 استخداماً نانومتر إلى القرب من الأشعة تحت الحمراء (1200-1600 nm)، مساهمة كظومه الإلكترونات النفقي لعملية التأين الزيادات بالنسبة لامتصاص مولتيفوتون. تاين كظومه النتائج في الغالب سكان الدولة الأرض الإلكترونية لايون عند إزالة الإلكترون، الذي يعد فعالية متماسكة الذبذبات دولة ("الحزمة الموجه") قابلة للإثارة اللاحقة. في تجاربنا، يتم سبر ديناميات الذبذبات متسقة مع نبض شمال البحر الأبيض المتوسط 800 حقل ضعيفة والغلال تعتمد على الوقت لمنتجات تفكك يقاس مطياف كتلة الوقت الطيران. نقدم القياسات على جزيء ثنائي ميثيل ميثيلفوسفوناتي (دمب) لتوضيح كيفية استخدام نبضات 1500 نانومتر للإثارة يعزز السعة لذبذبات متماسكة في غلة أيون بمقدار 10 بالمقارنة مع 800 نانومتر البقول. ويمكن تنفيذ هذا البروتوكول في القائمة الأجهزة مضخة-التحقيق عن طريق إدماج البصري حدودي مكبر للصوت (أوبا) لتحويل الطول الموجي.

Introduction

منذ اختراع الليزر في عام 1960، كان هدف كسر روابط كيميائية بشكل انتقائي في جزيئات حلما طال أمدها من الكيميائيين والفيزيائيين. القدرة على ضبط كل الليزر تواتر وكثافة ويعتقد أن تمكين الانقسام المباشر للسندات المستهدفة عن طريق امتصاص الطاقة انتقائية في تردد الذبذبات المرتبطة1،2،3،4 . ومع ذلك، وجدت التجارب المبكرة أن توزيع الذبذبات إينتراموليكولار من طاقة استيعابها في جميع أنحاء الجزيء وكثيراً ما أدت إلى انشقاق غير انتقائية من أضعف السندات4،5. لم يكن حتى تطوير femtosecond نابض أشعة الليزر و تقنيات التحقيق مضخة6 في أواخر ثمانينيات القرن العشرين أن المباشرة التلاعب بالدول الذبذبات متماسكة، أو "موجه الحزم"، تمكين السيطرة الناجحة على الانقسام والسندات وغيرها أهداف6،،من78. قياسات مسبار المضخة، حيث تستعد نبض "ضخ" الدولة متحمس أو أيون هو متحمس في وقت لاحق بنبض تأخر الوقت "تحقيق"، تظل واحدة من التقنيات الأكثر استخداماً لدراسة العمليات فائق السرعة في الجزيئات9، 10،11،،من1213،14،15،16،،من1718، ،من 1920.

حد كبير إلى دراسة تفكك فائق السرعة ديناميات polyatomic الكاتيونات الراديكالية باستخدام مسبار مضخة الإثارة بالإضافة إلى الكشف عن كتلة والمطيافيه ينشأ من تجزئة نونسيليكتيفي للجزيء المستهدف بالمضخة المؤينة نبض في الطول الموجي Ti:Sapphire 800 نانومتر21،،من2223. هذا التجزؤ الزائدة ناتجة عن تاين مولتيفوتون نونادياباتيك ويمكن تخفيفه بتحويل الطول الموجي الإثارة إلى القرب من الأشعة تحت الحمراء (على سبيل المثال-، 1200-1500 نانومتر)22،،من2324، 25. في هذه الأطوال الموجية الأطول، مساهمة الزيادات نفق الإلكترون كظومه بالنسبة إلى الإثارة مولتيفوتون في،من2223عملية التأين. نفق كظومه يضفي القليل من الطاقة الزائدة جزيء وأشكال "الباردة" الغالب أرض الدولة الأيونات الجزيئية19،22،23. أعمالنا السابقة قد أثبتت أن يحسن استخدام الإثارة القريبة من الأشعة تحت الحمراء بشكل ملحوظ إعداد الجسيمات الذبذبات متماسكة، أو "حزم الموجه"، في بولياتوميك الكاتيونات جذري بالمقارنة مع 800 نانومتر الإثارة19، 20. هذا العمل سوف توضح الفرق بين التأين ميداني قوي تهيمن عليها الاشتراكات مولتيفوتون ونفق مع قياسات مسبار مضخة المتخذة بشأن الحرب الكيميائية عامل اسم ثنائي ميثيل ميثيلفوسفوناتي (دمب) استخدام 1500 nm و 800 نانومتر مضخة موجية.

في تجاربنا مضخة-التحقيق، زوج من نبضات الليزر متناهية تأخر الوقت ومعاد، ومركزة في مطياف كتلة وقت الطيران، كما هو مبين في الإعداد لدينا في الشكل 1. تتطلب هذه التجارب إنتاج مكبر للصوت التجدد Ti:Sapphire > 2 مللي جول، 800 نانومتر، 30 خ البقول. يتم تقسيم إخراج مكبر للصوت على مقسم شعاع 90:10 (% r: تي %)، حيث يتم استخدام معظم الطاقة مضخة ضوئية حدودي مكبر للصوت (أوبا) لتوليد 1200-1600 nm، µJ 100-300، والبقول خ 20-30. يتم توسيع قطر شعاع مضخة الأشعة تحت الحمراء إلى 22 مم وقطرها 800 شعاع مسبار نانومتر أسفل وتحديدالمنطقه 5.5 ملم واستخدام المسحوقية قزحية. هذه كوليميشنز يؤدي إلى تركيز شعاع مضخة لأصغر بكثير شعاع الخصر (9 ميكرومتر) من شعاع مسبار (30 ميكرومتر)، وبالتالي ضمان أن جميع أيونات تشكلت خلال نبض مضخة المؤينة متحمسون بنبض مسبار تأخر الوقت. يتم استخدام هذا التكوين لأن هدف تجاربنا هو التحقيق في ديناميات أيون الأصل الجزيئية، التي قد تكون شكلت حتى في كثافة أقل بالقرب من حواف شعاع مركزة. ونلاحظ أنه إذا كانت القوى المحركة لأكثر الأنواع الأيونية متحمس جداً للاهتمام، ثم قطر شعاع التحقيق ينبغي أن أصغر من أن المضخة.

نشر كولينيرلي نبضات المضخة والتحقيق وتتركز في منطقة الاستخراج إيلي-ماكلارين مطياف كتلة الوقت الطيران (TOF-MS)26 (الشكل 2). تعلق على المدخل العينات الجزيئية التي توضع في قنينة وفتحها للفراغ. يتطلب هذا الإعداد أن الجزيء قيد التحقيق لها ضغط بخار غير صفرية؛ للجزيئات ذات ضغط بخار منخفض، قد تكون ساخنة القنينة. ويسيطر تدفق عينة غازية إلى قاعة الصمامات المتغير تسرب اثنين. يدخل العينة الدائرة عن طريق 1/16 "فولاذ المقاوم للصدأ أنبوب حوالي 1 سم بعيداً عن تركيز الليزر (الشكل 2) بغية إيصال تركيزات عالية محلياً للجزيء المستهدف في منطقة استخراج27. لوحة استخراج قد فتحه 0.5 مم الموجهة نحو متعامد إلى مسارات نشر وأيون ليزر. نظراً لأن نطاق رايليغ شعاع ضخ حوالي 2 مم، هذا الشق يعمل كعامل تصفية، يسمح فقط الأيونات المتولدة من حجم التنسيق المركزي حيث الكثافة أعلى لتمرير من خلال لوحة استخراج28. أدخل الأيونات أنبوب انجراف خالية من الحقل 1 متر للوصول إلى Z-الفجوة القناة الصغيرة لوحة (MCP) للكشف عن29، حيث يتم الكشف عنها وتسجيلها مع الذبذبات 1 غيغاهرتز رقمية بمعدل التكرار 1 كيلو هرتز الليزر Ti:Sapphire تجارية نموذجية.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

ملاحظة: جميع الصكوك تجارياً المكتسبة وأجزاء مثل الليزر ومضخات التفريغ، والدائرة، وأنبوب وقت الطيران وكاشف لوحة microchannel كانت مثبتة وتعمل وفقا لإرشادات الشركة المصنعة أو دليل للمستخدم. الليزر السلامة يجب أن تلبس نظارات مصممة للتشغيل الليزر كثافات وأطوال موجية.

1-تشييد TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد26

  1. تصميم وبناء دائرة (اوهف) أولتراهيغ فراغ الذي يحتوي على مساحة كافية لاستيعاب كدسة قياسية أيون البصريات26 وأحكام لتحميل ويندوز البصرية على 2 ¾ "الشفاه على جانبي للبصريات أيون (الشكل 1).
  2. إرفاق كومة بصريات أيون التي شنت على أنبوب رحلة 1-m إلى الدائرة.
    ملاحظة: لحفظ مساحة على الطاولة الضوئية، فمن الأسهل لجبل البصريات أيون والطيران الأنبوب عمودياً.
  3. إدراج أنبوب فولاذ المقاوم للصدأ 1/16 "في الدائرة بين لوحات النازع وريبيلير، ومؤشر ترابط أنبوب الخروج من الدائرة، وتوصيله إلى ¼" الفولاذ المقاوم للصدأ الأنابيب27. إرفاق صمامات تسرب متغير واحد أو أكثر للفولاذ المقاوم للصدأ الأنابيب ¼ ".
    ملاحظة: زجاج أنابيب العينات الجزيئية التي تحتوي على أو صهاريج الغاز قد تكون ملحقة بهذه الأنابيب لمدخل العينة.
  4. إرفاق رصة لوحة microchannel 18 ملم في المكدس Z تكوين29 في نهاية الأنبوب الرحلة.
  5. إرفاق اثنين windows الضوئية (سمك 1 ملم، وقطرها 50 مم، والسليكا فوسيد) التي شنت على 2 ¾ "الشفاه إلى الدائرة.
    ملاحظة: نشر أشعة الليزر من خلال هذه النوافذ اثنين من خلال المسافة بين لوحات ريبيلير والنازع.
  6. أسلاك البصريات أيون والكاشف لإمدادات الطاقة ذات الجهد العالي عن طريق فيدثروغس الحالي و BNC الكابلات.
  7. إرفاق مضخة توربوموليكولار واحدة للدائرة بالقرب من بصريات أيون ومضخة ثانية إلى نهاية الأنبوب الطيران قرب الكاشف (الشكل 1). قم بتوصيل كل مضخات مضخة للنسخ مناسبة.
    تنبيه: عند إرفاق مضخة توربوموليكولار إلى نهاية أنبوب رحلة المركبة عمودياً، تأخذ الرعاية لضمان أن النظام TOF إلا يميل إلى جانب واحد بسبب وزن المضخة. يمكن التخفيف من هذه المشكلة عن طريق إرفاق الدائرة فراغ الجدول البصرية.
  8. قم بتشغيل المضخات والانتظار 24 ساعة. ينبغي أن يكون الضغط في الدائرة أدناه 10 ميلليمتر زئبق-8 مع لا نموذج. إذا كان الضغط مرتفع، التحقق من وجود تسرب وتشديد المكسرات أو خبز الدائرة حتى يتم الوصول إلى الضغط المطلوب.

2-بناء مضخة ضوئية ومسارات التحقيق

ملاحظة: رسم تخطيطي المضخة والمسارات الضوئية مسبار يرد في الشكل 1.

  1. توفير نبضات الليزر femtosecond
    ملاحظة: نبضات ليزر Femtosecond (800 nm) تم توفيرها من قبل مصدر مكبر للصوت التجدد Ti:Sapphire تجارية تعمل وفقا للدليل الخاص بالشركة المصنعة.
    1. تشغيل الليزر وانتظر حوالي 30 دقيقة لذلك لتحقيق الاستقرار.
    2. موقف 90:10 (% r: % T) شعاع التقسيم بعد إخراج لإنشاء النسخة المتماثلة اثنين، التي ستستخدم لبناء المضخة والتحقيق خطوط شعاع الليزر. تحقق من قوة الليزر كل النسخ المتماثلة لضمان إيصال الطاقة الكافية.
    3. توجيه الشعاع المنعكس في مكبر للصوت حدودي الضوئية (أوبا) وتحسين إنتاج الطاقة باستخدام الإجراءات في الدليل.
  2. إعداد المسار مضخة ضوئية
    1. تعيين البرامج أوبا لتحديد الطول الموجي المطلوب.
    2. توجيه الشعاع الناتج من قانون التلوث النفطي من خلال لوحة موجه λ/2 (الفسفور الأبيض) والمستقطب (P).
    3. كتلة شعاع ف الاستقطاب وتوجيه شعاع s الاستقطاب إلى مقعر (و =-10 سم) ومحدبة (و = 50 سم) مرايا لتوسيع قطرها بمعامل 5.
    4. توجيه الحزم الموسعة لمرآة مزدوج اللون (DC).
  3. إعداد مسار التحقيق بصري
    1. توجيه الشعاع الذي يمر من خلال التقسيم شعاع 90:10 لمرآة محدبة (و = 20 سم) ومرآة مقعرة (f =-10 سم) لتقليل قطرها بمعامل 2.
    2. توجيه شعاع أسفل وتحديدالمنطقه إلى عاكس الرجعية جوفاء التي شنت على مرحلة إبطاء خطي إليه. ضبط المقابض المتصاعدة من اثنين من المرايا المسطحة قبل الرجعية-عاكس لضمان أن موقف شعاع بعد الرجعية-العاكس لا يتغير عند نقل المرحلة على امتداد نطاق كامل من السفر.
      ملاحظة: وهذا ما يضمن الحفاظ على التداخل المكاني مضخة-المسبار فوق نطاق الفحص الكامل.
    3. إدراج مرشح كثافة محايدة الانضباطي (ND) بعد مرحلة التأخير التخفيف من قوة نبض المسبار، وإدراج قزحية بعد تصفية ND لضبط القطر شعاع وتوجيه الحزم إلى مرآة مزدوج اللون (DC).
  4. قياس المدد نبض مضخة والتحقيق
    ملاحظة: يتم قياس المدد نبضات المضخة والتحقيق مع ثانية الصنع حل متناسق توليد التردد البصرية الإعداد النابضة (SHG-الضفدع). ووصف التفاصيل في بناء الإعداد SHG-الضفدع وعملية القياس، واسترجاع البيانات الخوارزميات في أماكن أخرى30،،من3132. نبض المدد من قانون التلوث النفطي في تجاربنا، عادة حوالي 20 خ وأن 800 نانومتر نبض حوالي 30 خ19،،من2027. ومع ذلك، Opa يمكن تشوهات نبض رتب أعلى، حيث قد يكون من الضروري لتنفيذ النبض-الضغط باستخدام، على سبيل المثال، زقزق المرايا10،11،،من1213 أو 16من المغير أكووستو البصرية.
    1. كتلة شعاع مضخة أو التحقيق. توجيه شعاع المتبقية إلى الضفدع مع مرايا مسطحة توضع بعد مرآة مزدوج اللون الذي يجمع بين نبضات المضخة والتحقيق.
    2. تأكد من أن يتطابق شعاع اثنين في التداخل الضفدع في البلورة β-الباريوم-بورات (بو). ضبط شعاع المحاذاة وتأخير المرحلة حتى مرئياً شعاع ثالثة بين الحزم الأصلية اثنين.
    3. مع قزحية و f = العدسة 10 سم، وعزل وتركيز الشعاع في جبل الألياف الضوئية متصلة مطياف والكمبيوتر.
    4. جمع تفحص الضفدع واسترداد الشكل نبض مع البرامج المناسبة واسترجاعها خوارزمية.
    5. كرر الخطوات 2.4.1-2.4.3 للحزم الأخرى. إزالة المرايا توجيه الحزم إلى الضفدع.
  5. الخام التداخل المكاني من الحزم مضخة والتحقيق
    ملاحظة: إذا تظهر عوارض مضخة والتحقيق، قد يتم تخطي الخطوة 2.5.1.
    1. إدراج كريستال بو 15 ملم-قطر بعد مزدوج اللون لمضاعفة أطوال موجية الحزم على حد سواء، مما يجعلها مرئية.
      ملاحظة: أسهل للاستخدام الطول موجي أوبا ~ 1200-1300 نيوتن متر لهذه الخطوة جعل برتقال 600-650 نانومتر الحزم التي يمكن تمييزها بسهولة من الأزرق 400 نانومتر مسبار شعاع. العناية لضمان أن المنطقة الأكثر كثافة لشعاع مضخة يمر عبر مركز البلورة. ينبغي أن يكون الأمثل زاوية كريستال أن كلا من البقول البرتقالي والأزرق مرئية بسهولة، على الرغم من هذه الزاوية قد لا تتوافق مع إلى حدة الأقصى بلون معين.
    2. ضبط شعاع مضخة ومسبار يتصاعد التحالفات باستخدام النسخة المتطابقة قبل مزدوج اللون أن الحزم نشر كولينيرلي عن طريق الدائرة TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد ومن الجانب الآخر.
      ملاحظة: شعاع المسبار التي يبلغ قطرها أصغر وينبغي أن تتركز في وسط شعاع مضخة.
  6. الخام التداخل الزمني من عوارض مضخة والتحقيق
    ملاحظة: الطريقة الموضحة هنا يقتصر على القرار الذبذبات ويمكن فقط تحديد الموضع صفر-التأخير إلى داخل عدة ملليمترات من السفر في مرحلة التأخير.
    1. ضع كاشف الضوئي بسرعة بضعة سنتيمترات أمام مدخل النافذة إلى الدائرة TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد في مسار الشعاع مضخة والتحقيق. توصيل كبل كاشف للذبذبات رقمية وتحديد إشارات نبضات المضخة والتحقيق بشكل مستقل.
    2. ضبط موضع مرحلة التأخير يجهز على خط التحقيق أن إشارات مضخة والتحقيق في الذبذبات وقتيا المتراكبة. إذا كانت إشارة واحدة باستمرار في الجبهة (خلف) الأخرى في الذبذبات، نقل يتصاعد عقد مرحلة التأخير يجهز تقصير أو تطويل طول المسار حسب الحاجة.
    3. إزالة الكاشف الضوئي.

3-الأولية قياسات

ملاحظة: تم الحصول على كافة البيانات في تجاربنا استخدام رموز مكتوبة داخل المنظمة مع برنامج حاسوبي لمراقبة أداة تجارية (جدول المواد). تم الحصول على كافة برامج تشغيل الأداة من الشركة المصنعة لكل منها.

  1. معايرة كثافة الذروة المطلقة من نبض مضخة28
    1. كتلة شعاع المسبار وإدراج و = 20 سم العدسة التي شنت على مرحلة ترجمة خطية يدوية مباشرة قبل الإطار مدخل إلى مطياف كتلة.
    2. ضبط زاوية الاستدارة موجه لوحة (الفسفور الأبيض) (الشكل 1) تعظيم قوة شعاع مضخة تقاس أمام العدسة.
    3. إرفاق خزان الغاز Xe إلى مدخل قاعة TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد وضبط تسرب صمام التحكم في تدفق الغاز إلى الدائرة أن يقرأ قياس الضغط بين 5-10 x 10-8 ميلليمتر زئبق. التأكد من وجود الفولتية إمدادات الطاقة TOF-MS إيقاف عند ضبط ضغط عينة لتفادي إلحاق الضرر العملية التشاورية المتعددة الأطراف للكشف عن سبب ارتفاع الضغط.
    4. قم بتوصيل كبلات الإخراج من الكشف عن العملية التشاورية المتعددة الأطراف ومن مولد ليزر التأخير إشارة إلى الذبذبات رقمية. تعيين الذبذبات لتحريك قبالة إشارة الليزر.
    5. تشغيل TOF MS التيار الكهربائي وفحص الفولتية. القيم النموذجية الفولتية الخامس1والخامس2، ت3والخامس4 (الشكل 2) هي +4,190 V +3,910 V، 0 الخامس و-3,000 الخامس، على التوالي.
    6. تحقق من وجود إشارات أيون Xe+ (وارتفاع رسوم الدول) في الذبذبات مباشرة أو عن طريق جهاز كمبيوتر متصل بالذبذبات.
    7. ضبط موضع مرحلة الترجمة اليدوية عقد العدسة لتكبير إشارة أيون المجموع. تضمن هذه الخطوة أن تركيز شعاع مضخة التداخل مع 0.5 مم شق هو مبين في الشكل 2.
    8. سجل Xe الطيف الشامل باستخدام البرمجيات اقتناء البيانات.
    9. تقليل قوة الليزر بالتناوب زاوية الفسفور الأبيض الحصول طاقة ~ 20 ميغاواط أقل من الطاقة المقاسة سابقا.
    10. كرر الخطوات 3.1.8-3.1.9 حتى قوة الليزر منخفض جداً لتوليد إشارة Xe+ قابلة للقياس. وينبغي تسجيل ما مجموعة 10-15 الأطياف أسلحة الليزر مختلف القوى.
    11. باستخدام برنامج تحليل البيانات المناسبة، اتبع الخطوات الموجودة في مرجع 28 لتحديد الطاقة نبض الليزر المقابلة لشدة الإشباع المطلق ل Xe+ (1.12 × 10 سم ث14 -2)28. يوفر هذا الإجراء مقياس شدة مطلقة لأي مضخة نبض الطاقة المستخدمة في المزيد من التجارب.
  2. معايرة كثافة الذروة المطلقة من نبض مسبار33
    ملاحظة: بسبب كثافة نبض التحقيق ضعيفة، Xe المعايرة الطريقة الموضحة في الخطوة 3، 1 لا يمكن استخدام. بدلاً من ذلك، يمكن تقدير شدة التحقيق في التجارب بقياس حجم بقعة في الوصل مع كاميرا رقمية32، جنبا إلى جنب مع مدة نبض والطاقة.
    1. كتلة شعاع مضخة وتوجيه شعاع المسبار على طول مسار مستقيم بعد مرآة مزدوج اللون باستخدام اثنين من المرايا المسطحة.
    2. إزالة عدسة التركيز من موقعها المجاور للدائرة ووضعه في مسار الشعاع المسبار، ضمان أن المسبار شعاع يمر من خلال مركزها.
    3. تقليل الطاقة شعاع التحقيق استخدام عامل تصفية ND متغير وإضافة عوامل تصفية ND إضافية للتخفيف من الطاقة نبض أقل من ~ 100 نيو جيرسي.
    4. ضع كاميرا CMOS مدمجة في مرحلة ترجمة خطية يدوية وتوصيله إلى جهاز كمبيوتر مع برنامج اقتناء البيانات المناسبة. جبل مرحلة الترجمة في مسار الشعاع التحقيق مع الكاميرا مركزة قرب المكان البؤري للشعاع. قم بتحديد موقع بقعة الحزمة باستخدام البرنامج. إضافة عوامل تصفية ND وضبط إعدادات الكاميرا حيازة لمنع تشبع كاشف CMOS.
    5. ضبط موضع مرحلة الترجمة للحصول على الفور الليزر أصغر وأكثر كثافة. يتوافق هذا الموقع مع تركيز الشعاع.
    6. الحصول على صورة كاميرا في التركيز وتناسب المكان لوظيفة غاوسي ثنائي الأبعاد باستخدام برنامج تحليل البيانات المناسبة لتحديد قطر شعاع.
    7. إزالة المرايا توجيه شعاع مسبار للكاميرا والعودة العدسة تركز على موقفها أمام TOF-ماجستير.
  3. تصميم مضخة-مسبار التداخل المكاني والزماني في TOF-ماجستير
    ملاحظة: من المفترض انتهاء البروتوكول في الخطوة 3، 1. في حين يمكن استخدام الغاز Xe كالعينة لتحديد التداخل المكاني والزماني، من المستحسن استخدام الجزيء المستهدف للدراسة لأنه يمكن ملاحظة التغيرات في الطيف الشامل أكثر من مجموعة من التأخيرات الزمنية الإيجابية بدلاً من فقط في تأخير الوقت صفر ، كما هو الحال مع Xe.
    1. الاتصال العينة المطلوبة إلى الدائرة TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد وضبط الضغط على المجموعة من 1-5 x 10-7 ميلليمتر زئبق.
    2. إلغاء حظر الحزم مضخة والتحقيق والتأكد من أنه قد تمت محاذاة إلى قاعة TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد.
    3. تعظيم سلطة التحقيق عن طريق تعديل عامل تصفية ND. تعيين السلطة مضخة مع وافيبلاتي إلى مستوى عال بما فيه الكفاية للحصول على إشارة أيون مرضية.
      ملاحظة: يجب أن تكون سلطة التحقيق عالية بما فيه الكفاية للحث على تجزئة ولكن ليس ذلك عالية فيما يتعلق بإنشاء الأيونات في غياب نبض مضخة.
    4. ضبط الموضع المكاني لشعاع التحقيق مع المقابض على جبل مرآة مزدوج اللون (DC، الشكل 1) حتى يتم ملاحظة أي زيادة كبيرة في كثافة الأيونات جميع (إذا كان الموقف مرحلة الضبط في تأخير صفر) أو استنفاد الأصل الجزيئية كبيرة أيون و/أو زيادة في الغلة أيون يفتت ولوحظت (إذا كان موقف المرحلة يتوافق مع تأخير زمني إيجابي-).
    5. إذا لوحظت أية تغيرات في الإشارات أيون، موقف المرحلة من المحتمل في تأخير الوقت السلبي، أي.، مسبار تسبق المضخة. ضبط مرحلة التأخير يجهز لمسار أطول لشعاع مسبار وكرر الخطوة 3.3.4 حتى لوحظ تغيير في الطيف الشامل.
    6. ضبط موضع المرحلة تأخير يجهز لإنتاج طفرة في إشارة أيون المجموع. وهذا الموقف يتوافق مع صفر التأخير الزمني. الممثل الأطياف كتلة جزيء دمب المتخذ في صفر التأخير الزمني مع التداخل المكاني الجيدة والسيئة، جنبا إلى جنب مع الطيف الجماعية المتخذة مع فقط شعاع مضخة، مبينة في الشكل 3.
  4. عبر الارتباط6،34
    ملاحظة: يجب إجراء قياس عبر الارتباط على غاز خامل مثل Xe32. أنه يساعد على التحقق من قياس كل المدد نبض مع الضفدع وموقف المرحلة تأخير المقابلة لتأخير الوقت صفر.
    1. مع Xe نقل الغاز في قاعة (الخطوة 3.1) والتداخل شعاع الأمثل (الخطوة 3، 3)، موضع المرحلة يجهز لتحديد موقع الصفر التأخير الزمني (أي.، عندما يتم تكبير الإشارات Xe+ ).
    2. مسح مرحلة الترجمة الآلية على نطاق التأخير على خ-200 إلى خ + 200 في الخطوات من 5 خ. تفحص هذا يناظر خطوات من 1.5 ميكرومتر عبر مجموعة من 120 ميكرومتر تركزت في الموضع صفر التأخير الزمني. تسجيل الطيف الشامل في كل موضع المسح الضوئي ودمج غلة Xe+ للحصول على إشارة أيون تعتمد على الوقت34.

4-مضخة-المسبار قياسات

  1. الشيكات الأولية قبل أخذ القياسات
    1. التحقق من إعداد تجريبية للتأكد من أن كل الحزم يتم نشر كولينيرلي من خلال نافذة الدائرة (الشكل 1).
    2. إرفاق العينة المطلوبة إلى الدائرة TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد والإفراج عن العينة تدريجيا إلى الدائرة باستخدام متغير تسرب يسمح لتحقيق ضغط هدف 1-5 x 10-7 ميلليمتر زئبق. تأكد من تشغيل الفولتية إمدادات الطاقة TOF-MS عند ضبط ضغط عينة لتفادي إلحاق الضرر العملية التشاورية المتعددة الأطراف للكشف عن سبب الضغط المسامير.
    3. إذا كان ضغط البخار جزيء منخفض جداً لإنتاج الضغط المطلوب، بلطف الحرارة صاحب العينة حتى يتم تحقيق الضغط المطلوب.
    4. قم بتشغيل وفحص الفولتية TOF-مرض التصلب العصبي المتعدد (الخطوة 3.1.5). التحقق من قابلية تشغيل برنامج اقتناء البيانات فيما يتعلق بالاتصالات مع كل مرحلة التأخير مزودة بمحركات والذبذبات.
    5. ضبط العدسة أمام الدائرة (الخطوة 3.1.7) ومضخة-مسبار المحاذاة المكانية (الخطوة 3.3.4) لتحسين إشارة أيون والتداخل المكاني.
  2. الحصول على البيانات
    1. ضبط طاقات نبض مضخة والتحقيق للحصول على إشارات أيون المرجوة.
    2. في البرنامج الحصول على البيانات، حدد حجم الطول وخطوة المسح الضوئي.
      ملاحظة: أطوال مسح نموذجي في تجارب مجموعة من 1000-5000 خ والخطوة أحجام تتراوح بين 5-20 خ19،20.
    3. قم بتشغيل البرنامج الحصول على البيانات للحصول على الطيف الشامل في كل تأخير التحقيق مضخة.
      ملاحظة: عادة، هو متوسط الطيف الشامل المسجلة في كل وقت التأخير في عملية فحص لأكثر من 1000 ليزر طلقة. للحصول على نسب إشارة إلى الضوضاء عالية بما فيه الكفاية، تؤخذ الأشعة 10-20 في الإعدادات المطلوبة (أي.، تفحص طول، خطوة الحجم، صلاحيات التحقيق ومضخة) ومتوسط. للتقليل من آثار الانجراف طاقة الليزر، يمكن أن تتخذ بمسح في التناوب اتجاهات السفر تأخير المرحلة. يتم حفظ كافة البيانات كملفات نصية المفصول. وترد بيانات الكتلة الطيفي الخام الممثل من تفحص واحد المتخذة بشأن دمب لمدة المسح الضوئي من خ 1250 مع حجم الخطوة خ 5 في الشكل 4.
  3. تجهيز البيانات
    1. تحديد نطاق الوقت الرحلة لكل ذروة الجماعي للفائدة (يتضح من المناطق بين قوسين في الشكل 4) ودمج عبر هذه النطاقات في كل طيف كتلة. النواتج تمثيل الإشارات حل الوقت لكل أيون للفائدة. على سبيل المثال، تظهر إشارات حل الوقت أيون دمب الأصل أيون الجزيئية مع التداخل المكاني مسبار المضخة الجيدة والسيئة التي تم الحصول عليها من مسح مسبار مضخة واحدة في الشكل 5.
    2. كرر الخطوة 4.3.1 للحصول على العدد المطلوب من الأشعة (على سبيل المثال-، 10-20)19،20 في نفس إعدادات المسح الضوئي. متوسط كل إشارة أيون وقت حلها خلال جميع عمليات التفحص التي اتخذت. وترد إشارات أيون متوسط الممثل في الشكل 6.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

وترد النتائج التي تم الحصول عليها ل جزيء دممب21 . ويبين الشكل 3 دمب الأطياف الجماعية المتخذة في صفر التأخير الزمني مع كثافة ذروة ضخ 1500 نانومتر و 800 نانومتر مسبار البقول يجري 8 × 1013 و 8 × 10 سم ث12 -2، على التوالي. للإشارة، يرد أيضا ال...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

هذا البروتوكول يتيح لنا حل ديناميات الذبذبات فائق السرعة في polyatomic الكاتيونات جذري من خلال إعداد انتقائية من الأيونات في أرض الدولة الإلكترونية. بينما الإجراء القياسي ميداني قوي التأين باستخدام 800 نانومتر يمكن تحضير كوهيرينسيس الذبذبات في الدولة الأرض الإلكترونية الكاتيونات جذرية للصف ?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

وأيد "مكتب أبحاث الجيش في الولايات المتحدة" عن طريق العقد W911NF-18-1-0051 هذا العمل.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Mass spectrometer components
TOF lens stack and flight tube assemblyJordan TOF Products, Inc.C-677
18 mm Z-gap detector assemblyJordan TOF Products, Inc.C-701Z
TOF high voltage power supplyJordan TOF Products, Inc.D-603
Vacuum system components
Rotary vane backing pumpEdwards Vacuum LLCRV12
Turbomolecular pumps (2)Edwards Vacuum LLCEXT255H
Turbomolecular pump controllers (2)Edwards Vacuum LLCEXC300
Pressure gaugeEdwards Vacuum LLCAIGX-S-DN40CF
Chiller for water coolingNeslabCFT-25
Femtosecond laser system
Ti:Sapphire regenerative amplifierCoherent, Inc.Astrellaoscillator and amplifier in a single integrated system
Optical Parametric Amplifer (OPA)Light ConversionTOPAS Prime
Motion control
Motorized linear translation stage 1" travelThorlabsZ825B
controller for linear translation stageThorlabsKDC 101
USB controller hub and power supplyThorlabsKCH 601
Manual linear translation stage 1" travelThorlabsPT1
Detectors
Pyroelectric laser energy meterCoherent, Inc.1168337
Thermal laser power meterCoherent, Inc.5356E16R
Si-biased detector 200-1100 nmThorlabsDET10A
Compact USB CMOS CameraThorlabsDCC1545M
USB spectrometerOcean OpticsHR4000
1 GHz digital oscilloscope LeCroyWaveRunner 610Zi
Optics
Type 1 BBO crystalCrylight PhotonicsBBO007aperture and thickness may be customized
Achromatic half wave plate, 1100-2000 nmThorlabsAHWP05M-1600
Wollaston prism polarizerThorlabsWPM10
Hollow retro-reflectorPLX, Inc.OW-20-1C
Variable neutral density filterThorlabsNDC-100C-2
Longpass dichroic mirror 2" diameterThorlabsDMLP950L
Software
Digital Camera image softwareThorlabsThorCam
Instrument communication interfaceNational InstrumentsNI-MAX
Graphical development environment for measurement programsNational InstrumentsLabVIEW
Data processing softwareMathworksMATLAB

References

  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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

138 Femtochemistry

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved