وقد تم تمويل هذا البحث من قبل مكتب علوم الطاقة الأساسية، شعبة العلوم الكيميائية، علوم الأرض والعلوم البيولوجية من وزارة الطاقة الأمريكية (DOE). يقر GEJ بدعم من زمالة لينوس بولينغ وبرنامج مختبر البحوث الموجهة والتنمية في المختبر الوطني شمال غرب المحيط الهادئ (PNNL). تم تنفيذ هذا العمل باستخدام EMSL، منشأة المستخدم العلمية الوطنية برعاية وزارة الطاقة ومكتب للبحوث البيولوجية والبيئية وتقع في PNNL. ويتم تشغيل PNNL بواسطة باتيل عن وزارة الطاقة في الولايات المتحدة.

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

ويجري الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل عموما توظيف فريدة الأجهزة مبنية خصيصا موجود في العديد من المختبرات في جميع أنحاء العالم والتي تكون مجهزة خصيصا لهذه التجارب. ويجري باستمرار إجراء تعديلات لهذه الصكوك لتسهيل تأين مجموعة أوسع من المركبات، لتحقيق أكبر التيارا...

هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على السطوح لا يزال موضع اهتمام البحث الحالي نظرا لقدرات أثبتت هذه التقنية لإعداد رقابة شديدة من المواد الجديدة 1-6. وأشارت الجهود التي بذلت مؤخرا التطبيقات المحتملة في المستقبل من الهبوط بسلام من أيونات مختارة الشامل في إعداد الببتيد والبروتينات صفائف لاستخدامها في الفرز الفائق الإنتاجية البيولوجية 7،8، والفصل بين البروتينات والببتيدات تخصيب بتكوين 9-12، المرفق التساهمية الببتيدات على الأسطح 9،10،13،14، والإثراء من المركبات العضوية مراوان 15، وتوصيف الكهروكيميائية من البروتينات الأكسدة النشطة محددة 16-18، وإنتاج أفلام رقيقة 19،20 الجزيئية، وتجهيز الجزيئات مثل الجرافين 21 وإعداد نموذج نظم محفز من خلال الهبوط لينة من المجموعات الأيونية 22-39، 40-48 النانوية وشارك العضويهmplexes على مواد الدعم 19،49-56. واقترح مفهوم تعديل الأسطح الناعمة من خلال الهبوط من أيونات متعدد الذرات في البداية من قبل طهاة وزملاء العمل في عام 1977 57. وفي السنوات اللاحقة تم تطوير مجموعة واسعة من النهج فعال للرقابة ترسب أيونات مختارة الشامل من الغاز المرحلة على السطوح 1،4،5. وقد تم إنتاج الأيونات من خلال عمليات مثل التأين electrospray (ESI) 10،58،59، بمساعدة الليزر مصفوفة الامتزاز / التأين (MALDI) 21، تأثير الإلكترون التأين (EI) 60،61، قوس التفريغ نابض 62، خامل التكثيف الغاز 36 ، 63، 64،65 المغنطرون الاخرق، والليزر تبخير 25،66،67. اختيار كتلة أيونات الغاز مرحلة قبل الهبوط لينة قد تحقق أساسا تستخدم مرشحات كتلة رباعي 58،68،69، وأجهزة انحراف مغناطيسي 70، وخطي الصكوك فخ أيون 8،59. A ولا سيما الملاحظهمقدما بلي في منهجية هبوط ناعم ايون وقعت مؤخرا مع نجاح تنفيذ المحيطة أيون هبوط ناعم ورد الفعل من قبل طهاة وزملاء 71،72. باستخدام هذه التقنيات التأين والشامل الاختيار المختلفة، وقد تم دراسة تفاعلات مفرط الحرارة (&lt;100 فولت) أيونات متعدد الذرات مع الأسطح من أجل فهم أفضل للعوامل التي تؤثر على كفاءة أيون هبوط ناعم والعمليات المتنافسة للنثر رد الفعل ويتفاعل كما كذلك السطح بفعل التفكك 4،73-75. وقد تم إعداد نموذج محفزات واضحة المعالم لأغراض بحثية تطبيق مثمرة بشكل خاص من الهبوط بسلام من أيونات مختارة الشامل 25،34،35،56،76-81. في نطاق حجم الكتل النانو، حيث لا مقياس السلوك الفيزيائية والكيميائية خطيا مع حجم الكتلة، فقد ثبت أن إضافة أو إزالة الذرات واحدة أو من مجموعات قد تؤثر بشكل كبير الEIR التفاعلات الكيميائية 82-84. هذه الظاهرة النانو، والذي ينتج من الحبس الكم، وقد تجلى بشكل مقنع من قبل HEIZ وزملاء العمل 85 لمحفز نموذج يتألف من مجموعات هبطت لينة من ثماني ذرات الذهب (الاتحاد الافريقي 8) معتمدة على أهداب الشوق سطح عيب الغنية. قدمت العديد من الدراسات الإضافية دليلا على التفاعل تعتمد على حجم مجموعات الدعم على الأسطح 34،77،86،87. علاوة على ذلك، الصور عالية الدقة المجهر الإلكترون تشير إلى أن مجموعات تحتوي على عدد قليل من مثل عشرة 88 خمسة وخمسون 89 الذرات قد تكون مسؤولة إلى حد كبير عن النشاط متفوقة من المواد الحفازة الذهب توليفها الأكبر معتمدة على أكاسيد الحديد. توظيف الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل، فمن الممكن لإعداد صفائف مستقرة من مجموعات مختارة وحجم الجسيمات النانوية التي لا تنتشر والتكتل في هياكل أكبر على سطح مواد الدعم 90-92. وتشير هذه الدراسات السابقة التي مع continuجي التنمية والهبوط لينة من مجموعات مختارة الشامل والجسيمات النانوية قد تصبح تقنية تنوعا لخلق المحفزات غير المتجانسة نشطة للغاية التي تستغل سلوك الناشئة أعداد كبيرة من كتل الجسيمات النانوية ومتطابقة في المصفوفات الموسعة على السطوح. ويمكن استخدام هذه الأنظمة للغاية واضحة المعالم لأغراض البحوث لفهم كيفية المعلمات الحرجة مثل حجم الكتلة، مورفولوجيا والتكوين الأولي وتأثير السطح تغطية النشاط التحفيزي والانتقائية والمتانة. أيضا يمكن أن يجمد المجمعات الفلزية العضوية التي تستخدم عادة في حل مرحلة محفزات متجانسة كما على الأسطح الناعمة من خلال الهبوط من أيونات مختارة الشامل 56،80،81. ربط المجمعات المعادن الأيونية ليجند الدعم الصلبة لإنتاج المواد العضوية غير العضوية المختلطة هي حاليا منطقة نشطة للبحث في الحفز والعلوم سطح المجتمعات 93. الهدف العام هو الحصول على ارتفاعالانتقائية نحو المنتج المطلوب من حل للتخلص المجمعات معدن يجند، مع تيسير الانفصال أسهل من المنتجات من المواد الحفازة والكواشف المتبقية في الحل. بهذه الطريقة، يجمد سطح المجمعات العضويه جني ثمار كل من المواد الحفازة متجانسة وغير متجانسة. من خلال اختيار الركيزة المناسبة فمن الممكن للحفاظ أو حتى تحسين البيئة يجند العضوية حول مركز المعادن النشطة حين تحقيق أيضا تجميد سطح قوي 94. يجوز إنهاء الذاتي تجميعها السطوح أحادي الطبقة (صواريخ سام) على الذهب مع عدد من المجموعات الوظيفية المختلفة، وهي لذلك، وأنظمة مثالية للتحقيق في جدوى يربطون المجمعات العضويه على الأسطح الناعمة من خلال الهبوط من أيونات مختارة الشامل 95. علاوة على ذلك، أثبتت أساليب التأين مثل الضغط الجوي التأين الامتزاز الحراري (APTDI) سابقا لانتاج الغاز مرحلة مختلط المعادن المجمعات غير العضويةالتي لا يمكن الوصول إليها من خلال التوليف في حل 96. في سياق مماثل، وتقنيات غير الحرارية التوليف محدودة kinetically والتأين مثل المغنطرون الاخرق 65، وتجميع الغاز 63 والليزر تبخير 66 أيضا قد يكون مقرونا أيون لينة الأجهزة الهبوط لتوفير طريقا تنوعا لمجموعات والجسيمات النانوية غير العضوية الرواية معتمدة على السطوح. من أجل أن تتطور الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل إلى تكنولوجيا ناضجة لإعداد المواد، فمن الأهمية بمكان أن الأساليب التحليلية بالمعلومات أن يقترن مع لينة الأجهزة الهبوط للتحقيق في الخواص الكيميائية والفيزيائية للسطوح قبل وأثناء وبعد ترسب الأيونات. حتى الآن، تم تطبيق العديد من التقنيات لهذا الغرض بما في ذلك الثانوية مطياف الكتلة ايون (سيمز) 19،97-100، ودرجة الحرارة المبرمجة الامتزاز وتفاعل 50،52، الامتزاز الليزر والتأين 101، نابض الشعاع الجزيئي رد الفعل 102، التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR ورامان) 98103104، سطح تعزيز رامان الطيفي 103105، تجويف ringdown الطيفي 106، الأشعة السينية الضوئية الطيفي 35107، المجهر النفقي 33،108-111، القوة الذرية المجهري 112-114، وانتقال الإلكترون المجهري 39. ومع ذلك، لتوصيف أكثر دقة السطوح المحضرة أو تعديلها من قبل ايون الهبوط لينة، من الأهمية بمكان أن التحليل أن يؤديها في الموقع دون التعرض الركيزة للبيئة في المختبر. وقد وفرت التحليلات السابقة التي أجريت في الموقع ثاقبة ظواهر مثل الحد من تهمة الأيونية من أيونات هبطت الناعمة مع مرور الوقت 37،38،115،116، والامتزاز من لينة هبطت الأيونات من الأسطح 52، وكفاءة والاعتماد على الطاقة الحركية للأيون رد الفعل الهبوط 14،81 ، وتأثير حجمعلى النشاط التحفيزي للمجموعات وأودعت النانوية على السطوح 117. على سبيل المثال، في مختبرنا، درسنا منهجية حركية الحد من المسؤول عن الببتيدات البروتونية على أسطح مختلفة صواريخ سام 3. وقد أجريت هذه التجارب مع صك هبوط ناعم فريدة من نوعها إلى جانب تحويل فورييه ايون سيكلوترون صدى ايون الثانوية مطياف الكتلة (FT-ICR-SIMS) التي تمكن من تحليل الوضع الطبيعي من السطوح في أثناء وبعد هبوط ناعم من الأيونات 97 على حد سواء. لتوسيع بناء هذه القدرات التحليلية، وشيد أداة أخرى تسمح توصيف الوضع الطبيعي من الأيونات سقطت على الأسطح الناعمة باستخدام IRRAS 104 في. هذه التقنية الحساسة للسطح بالأشعة تحت الحمراء يمكن تشكيل السندات وعمليات التدمير وكذلك التغيرات متعلق بتكوين في أيونات معقدة وطبقات السطح المراد رصدها في الوقت الحقيقي أثناء وبعد هبوط ناعم 12 على حد سواء. على سبيل المثال، وذلك باستخدام IRRAS كانأثبتت أن أيون الهبوط لينة يمكن استخدامها لشل حركة تساهميا الببتيدات مختارة الشامل على N-hydroxysuccinimidyl استر بين functionalized صواريخ سام 13،14. هنا، نحن لتوضيح قدرات ثلاثة صكوك مبنية خصيصا فريدة من نوعها تقع في المختبر الوطني شمال غرب المحيط الهادئ التي تم تصميمها لفي الموقع TOF-SIMS، FT-ICR-SIMS، وتحليل IRRAS من ركائز المنتجة من خلال الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل على السطوح. كنظام ممثل، فإننا نقدم نتائج لهبوط ناعم للمختارة الشامل العضويه الروثينيوم تريس (bipyridine) dications [رو (bpy) 3] 2 + على حمض الكربوكسيلية إنهاء صواريخ سام (COOH-صواريخ سام) لإعداد المجمعات العضويه يجمد. وتبين أن TOF-SIMS في الموقع يقدم مزايا حساسية عالية للغاية والنطاق الديناميكي عموما كبيرة مما يسهل تحديد الأنواع وفرة منخفضة بما سيطة رد الفعل التي قد تكون مرحلة ما قبل فقطأرسلت لفترات قصيرة من الوقت على السطوح. كما يوفر TOF-SIMS التبصر في كيفية إزالة يجند من أيون العضويه في طور الغاز، وذلك قبل الهبوط لينة، تؤثر كفاءته نحو تجميد على الأسطح والتفاعلات الكيميائية تجاه الجزيئات الغازية. توصيف التكميلية في الموقع باستخدام FT-ICR-SIMS يوفر نظرة ثاقبة للحد من تهمة، وتحييد حركية الامتزاز من أيونات مشحونة على نحو مضاعف على السطح بينما في الموقع IRRAS تحقيقات هيكل بروابط العضوية المحيطة مراكز معدنية مشحونة، والتي قد تؤثر على خصائص الإلكترونية وتفاعل الأيونات يجمد. بشكل جماعي، ونحن توضيح كيفية الهبوط بسلام من أيونات مختارة الشامل جنبا إلى جنب مع التحليل الموقعي من قبل SIMS وIRRAS في رؤية ثاقبة التفاعلات بين الأنواع والسطوح التي لها آثار على نطاق واسع من الجهود العلمية واضحة المعالم.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1029">
	<colgroup>
		<col />
		<col /> 
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Gold on Silicon Substrates 1 cm2</td>
			<td style="width:187px;">Platypus Technologies</td>
			<td style="width:209px;">Au.1000.SL1custom</td>
			<td style="width:287px;"> </td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:347px;">Gold on Silicon Substrates 4.8 mm diameter circular</td>
			<td style="width:187px;">SPI Supplies</td>
			<td>4176GSW-AB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Glass Scintillation Vials</td>
			<td style="width:187px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:209px;">03-337-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Non-denatured Ethanol</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">459836-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Ultraviolet Cleaner</td>
			<td style="width:187px;">Boekel Scientific </td>
			<td style="width:209px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">16-Mercaptohexadecanoic Acid</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">448303-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Hydrochloric Acid</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">320331-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Aluminum Foil</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">Z185140-1EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Metal Forceps/Tweezers</td>
			<td style="width:187px;">Wiha</td>
			<td style="width:209px;">49185</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Nitrile Gloves</td>
			<td style="width:187px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:209px;">S66383</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:347px;">Tris(2,2&#8242;-bipyridine)dichlororuthenium(II) hexahydrate</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">224758-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Methanol</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">322415-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">1 mL Gas Tight Glass Syringe</td>
			<td style="width:187px;">Hamilton</td>
			<td style="width:209px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Syringe Pump</td>
			<td style="width:187px;">KD Scientific</td>
			<td style="width:209px;">100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">360 um ID Fused Silica Capillary</td>
			<td style="width:187px;">Polymicro Technologies</td>
			<td style="width:209px;">TSP075375</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">High Resistance Electrometer</td>
			<td style="width:187px;">Keithley</td>
			<td style="width:209px;">6517A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Commercial TOF-SIMS Instrument</td>
			<td style="width:187px;">Physical Electronics</td>
			<td style="width:209px;">TRIFT </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Ultra High Purity Oxygen</td>
			<td style="width:187px;">Matheson</td>
			<td style="width:209px;">G1979175</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Research Purity Ethylene</td>
			<td style="width:187px;">Matheson</td>
			<td style="width:209px;">G2250178</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Cesium Ion Source</td>
			<td style="width:187px;">Heat Wave Labs</td>
			<td style="width:209px;">101502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Commercial FTIR Spectrometer</td>
			<td style="width:187px;">Bruker</td>
			<td style="width:209px;">Vertex 70</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in situ sims and ir spectroscopy of well-defined surfaces prepared by soft landing of mass-selected ions

هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على السطوح هو نهج قوية لإعداد رقابة شديدة من المواد التي لا يمكن الوصول إليها باستخدام تقنيات التوليف التقليدية. اقتران هبوط ناعم مع توصيف الوضع الطبيعي في استخدام الطيف الثانوي الشامل أيون (سيمز) والأشعة تحت الحمراء الطيفي امتصاص انعكاس (IRRAS) تمكن من تحليل الأسطح واضحة المعالم في ظل ظروف الفراغ نظيفة. ويوضح قدرات ثلاثة صكوك لينة الهبوط التي شيدت في المختبر لدينا لنظام ممثل organometallics محددة السطح هبوط ناعم للمختارة الشامل الروثينيوم تريس (bipyridine) dications أعدت، [رو (bpy) 3] 2 + (bpy = bipyridine)، على إنهاء حمض الكربوكسيلية السطوح أحادي الطبقة الذاتي تجميعها على الذهب (COOH-صواريخ سام)، وفي الموضع الوقت من الطيران (TOF يوفر) SIMS التبصر في التفاعل من لينة هبطت الأيونات. بالإضافة إلى ذلك، حركية الحد من تهمة، وتحييد ديالامتصاص التي تحدث على COOH-SAM أثناء وبعد دراسة أيون الهبوط بسلام باستخدام فورييه في الموقع تحويل ايون سيكلوترون صدى القياسات (FT-ICR) SIMS على حد سواء. IRRAS في الموضع توفير تجارب التبصر في كيفية هيكل بروابط العضوية المحيطة مراكز المعدن منزعجة من خلال تجميد الأيونات الفلزية العضوية على COOH-SAM السطوح قبل الهبوط بسلام. بشكل جماعي، وتوفير الصكوك الثلاثة معلومات تكميلية حول التركيب الكيميائي، التفاعل وهيكل الأنواع واضحة المعالم معتمدة على السطوح.

1. التحقيق في التفاعل رو (bpy) 3 2 + على COOH-صواريخ سام في الموقع عن طريق TOF-SIMS ويتضح هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على العضويه بين functionalized الأولى باستخدام صواريخ سام في الموقع TOF-SIMS لتوفير أقصى قدر من الحساسية تجاه ?...

Watch this Scientific Journal Video about In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions at JoVE.com

In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على السطوح هو نهج قوية لإعداد رقابة شديدة من المواد الجديدة. إلى جانب تحليل الوضع الطبيعي الثانوية مطياف الكتلة ايون (سيمز) والأشعة تحت الحمراء امتصاص انعكاس التحليل الطيفي (IRRAS) في، يوفر هبوط ناعم رؤى غير مسبوقة في تفاعلات الأنواع محددة جيدا مع الأسطح.

في الموقع سيمز والأشعة تحت الحمراء الطيفي من السطوح محددة جيدا من إعداد لينة الهبوط من الأيونات اختيارها قداس-

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of materials that are inaccessible using ...

in-situ-sims-ir-spectroscopy-well-defined-surfaces-prepared-soft

Research

JoVE Journal

Chemistry

In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

18.0K Views.  Pacific Northwest National Laboratory.  هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على السطوح هو نهج قوية لإعداد رقابة شديدة من المواد الجديدة. إلى جانب تحليل الوضع الطبيعي الثانوية مطياف الكتلة ايون (سيمز) والأشعة تحت الحمراء امتصاص انعكاس التحليل الطيفي (IRRAS) في، يوفر هبوط ناعم ر?...

Video: In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver chloride electrode is used extensively for potentiometric measurement of chloride ions concentration in electrolyte. In this measurement, long-term and continuous monitoring is limited due to the inherent drift and the requirement of a stable reference electrode. We utilized the chronopotentiometric approach to minimize drift and avoid the use of a conventional reference electrode. A galvanostatic pulse is applied to an Ag/AgCl electrode which initiates a faradic reaction depleting the Cl&#713; ions near the electrode surface. The transition time, which is the time to completely deplete the ions near the electrode surface, is a function of the ion concentration, given by the Nernst equation. The square root of the transition time is in linear relation to the chloride ion concentration. Drift of the response over two weeks is negligible (59 &#181;M/day) when measuring 1 mM [Cl&#713;]using a current pulse of 10 Am-2. This is a dynamic measurement where the moment of transition time determines the response and thus is independent of the absolute potential. Any metal wire can be used as a pseudo-reference electrode, making this approach feasible for long-term measurement inside concrete structures.

Dynamic measurement of chloride ions is presented. Transition time of an Ag/AgCl electrode, during a chronopotentiometric technique, can give the concentration of chloride ions in electrolyte. This method does not require a stable conventional reference electrode.

ديناميكية الكهروكيميائية قياس كلوريد الأيونات

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

This work demonstrates in situ characterization of protein biomolecules in the aqueous solution using the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). The fibronectin protein film was immobilized on the silicon nitride (SiN) membrane that forms the SALVI detection area. During ToF-SIMS analysis, three modes of analysis were conducted including high spatial resolution mass spectrometry, two-dimensional (2D) imaging, and depth profiling. Mass spectra were acquired in both positive and negative modes. Deionized water was also analyzed as a reference sample. Our results show that the fibronectin film in water has more distinct and stronger water cluster peaks compared to water alone. Characteristic peaks of amino acid fragments are also observable in the hydrated protein ToF-SIMS spectra. These results illustrate that protein molecule adsorption on a surface can be studied dynamically using SALVI and ToF-SIMS in the liquid environment for the first time.

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

This work presents a protocol for liquid handling and sample introduction to a microchannel for in situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry analysis of protein biomolecules in an aqueous solution.

في الموقع توصيف المطفأ البروتينات في المياه التي SALVI وTOF-سيمز

This work demonstrates in situ characterization of protein biomolecules in the aqueous solution using the System for Analysis at the Liquid Vacuum ...

TiO2-coated Hollow Glass Microspheres with Superhydrophobic and High IR-reflective Properties Synthesized by a Soft-chemistry Method

This manuscript proposes a soft-chemistry method to develop superhydrophobic and highly IR-reflective hollow glass microspheres (HGM). The anatase TiO2 and a superhydrophobic agent were coated on the HGM surface in one step. TBT and PFOTES were selected as the Ti source and the superhydrophobic agent, respectively. They were both coated on the HGM, and after the hydrothermal process, the TBT turned to anatase TiO2. In this way, a PFOTES/TiO2-coated HGM (MCHGM) was prepared. For comparison, PFOTES single-coated HGM (F-SCHGM) and TiO2 single-coated HGM (Ti-SCHGM) were synthesized as well. The PFOTES and TiO2 coatings on the HGM surface were demonstrated through X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive detector (EDS) characterizations. The MCHGM showed a higher contact angle (153&#176;) but a lower sliding angle (16&#176;) than F-SCHGM, with a contact angle of 141.2&#176; and a sliding angle of 67&#176;. In addition, both Ti-SCHGM and MCHGM displayed similar IR reflectivity values, which were about 5.8% higher than the original HGM and F-SCHGM. Also, the PFOTES coating barely changed the thermal conductivity. Therefore, F-SCHGM, with a thermal conductivity of 0.0479 W/(m&#183;K), was quite like the original HGM, which was 0.0475 W/(m&#183;K). MCHGM and Ti-SCHGM were also similar. Their thermal conductivity values were 0.0543 W/(m&#183;K) and 0.0543 W/(m&#183;K), respectively. The TiO2 coating slightly increased the thermal conductivity, but with the increase in reflectivity, the overall heat-insulation property was enhanced. Finally, since the IR-reflecting property is provided by the HGM coating, if the coating is fouled, the reflectivity decreases. Therefore, with the superhydrophobic coating, the surface is protected from fouling, and its lifetime is also prolonged.

TiO2-coated Hollow Glass Microspheres with Superhydrophobic and High IR-reflective Properties Synthesized by a Soft-chemistry Method

This manuscript proposes a soft-chemistry method to synthesize superhydrophobic, TiO2-coated hollow glass microspheres (HGM) with high IR-reflective properties.

تيو<sub&gt; 2</sub&gt; المغلفة زجاج مجوف الجزئي مع خصائص Superhydrophobic العالية والأشعة تحت الحمراء للانعكاس تجميعي بطريقة لينة الكيمياء

This manuscript proposes a soft-chemistry method to develop superhydrophobic and highly IR-reflective hollow glass microspheres (HGM). The anatase TiO2 ...

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) and their roles in environmental microbiology. This study outlines a method to cultivate biofilm attachment to the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and achieve in situ chemical mapping of a living biofilm by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). This is done through the culturing of bacteria both outside and within the SALVI channel with our specialized setup, as well as through optical imaging techniques to detect the biofilm presence and thickness before ToF-SIMS analysis. Our results show the characteristic peaks of the Shewanella biofilm in its natural hydrated state, highlighting upon its localized water cluster environment, as well as EPS fragments, which are drastically different from the same biofilm's dehydrated state. These results demonstrate the breakthrough capability of SALVI that allows for in situ biofilm imaging with a vacuum-based chemical imaging instrument.

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

This article presents a method for growing a biofilm for in situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry for chemical mapping in its hydrated state, enabled by a microfluidic reactor, System for Analysis at the liquid Vacuum Interface. The Shewanella oneidensis MR-1 with green fluorescence protein was used as a model.

في الموقع وصف أونيدينسيس شيوانيلا MR1 الأغشية الحيوية سالفي و ToF-سيمز

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three preparation methods are described: (a) the incorporation of metal salts into silica or alumina wet gels using an impregnation method; (b) the incorporation of metal salts into alumina wet gels using a co-precursor method; and (c) the addition of metal nanoparticles directly into a silica aerogel precursor mixture. The methods utilize a hydraulic hot press, which allows for rapid (&#60;6 h) supercritical extraction and results in aerogels of low density (0.10 g/mL) and high surface area (200-800 m2/g). While the work presented here focuses on the use of copper salts and copper nanoparticles, the approach can be implemented using other metal salts and nanoparticles. A protocol for testing the three-way catalytic ability of these aerogels for automotive pollution mitigation is also presented. This technique uses custom-built equipment, the Union Catalytic Testbed (UCAT), in which a simulated exhaust mixture is passed over an aerogel sample at a controlled temperature and flow rate. The system is capable of measuring the ability of the catalytic aerogels, under both oxidizing and reducing conditions, to convert CO, NO and unburned hydrocarbons (HCs) to less harmful species (CO2, H2O and N2). Example catalytic results are presented for the aerogels described.

Here we present protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms. Methods for preparing materials using copper salts and copper-containing nanoparticles are featured. Catalytic testing protocols demonstrate the effectiveness of these aerogels for three-way catalysis applications.

تصنيع واختبار أيروجيلس الحفاز أعدت عن طريق استخراج فوق الحرجة السريع

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

The use of nanoprobes such as gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles as detection reagents in bioanalytical assays can enable high sensitivity and convenient colorimetric readout. However, high densities of nanoparticles are typically needed for detection. The available synthesis-based enhancement protocols are either limited to gold and silver nanoparticles or rely on precise enzymatic control and optimization. Here, we present a protocol to enhance the colorimetric readout of gold, silver, silica, and iron oxide nanoprobes. It was observed that the colorimetric signal can be improved by up to a 10000-fold factor. The basis for such signal enhancement strategies is the chemical reduction of Au3+ to Au0. There are several chemical reactions that enable the reduction of Au3+ to Au0. In the protocol, Good&#39;s buffers and H2O2 are used and it is possible to favor the deposition of Au0 onto the surface of existing nanoprobes, in detriment of the formation of new gold nanoparticles. The protocol consists of the incubation of the microarray with a solution consisting of chloroauric acid and H2O2 in 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid pH 6 buffer following the nanoprobe-based detection assay. The enhancement solution can be applied to paper and glass-based sensors. Moreover, it can be used in commercially available immunoassays as demonstrated by the application of the method to a commercial allergen microarray. The signal development requires less than 5 min of incubation with the enhancement solution and the readout can be assessed by naked eye or low-end image acquisition devices such as a table-top scanner or a digital camera.

Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

In this work, a protocol for signal enhancement of nanoprobe-based biosensing is presented. The protocol is based on the reduction of chloroauric acid onto the surface of existing nanoprobes that consist of gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles.

تعزيز السريع نانوبروبي إشارة بتوليف نانوحبيبات الذهب في الموقع

The use of nanoprobes such as gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles as detection reagents in bioanalytical assays can enable high sensitivity ...

In Situ Lithiated Reference Electrode: Four Electrode Design for In-operando Impedance Spectroscopy

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate multiple processes responsible for long-term performance decay. Given the complexity of physical processes occurring inside the cell, it is often challenging to achieve a full understanding of the root causes of this performance degradation. This difficulty arises in part from the fact that any electrochemical measurement of a battery will return the combined contributions of all components in the cell. Incorporation of a reference electrode can solve part of the problem, as it allows the electrochemical reactions of the cathode and the anode to be individually probed. A variation in the voltage range experienced by the cathode, for example, can indicate alterations in the pool of cyclable lithium ions in the full-cell. The structural evolution of the many interphases existing in the battery can also be monitored, by measuring the contributions of each electrode to the overall cell impedance. Such wealth of information amplifies the reach of diagnostic analysis in Li-ion batteries and provides valuable input to the optimization of individual cell components. In this work, we introduce the design of a test cell able to accommodate multiple reference electrodes, and present reference electrodes that are appropriate for each specific type of measurement, detailing the assembly process in order to maximize the accuracy of the experimental results.

The incorporation of reference electrodes in a Li-ion battery provides valuable information to elucidate degradation mechanisms at high voltages. In this article, we present a cell design that accommodates multiple reference electrodes, along with the assembly steps to assure maximum accuracy of the data obtained in electrochemical measurements.

في الموقع إشارة Lithiated القطب: التصميم الكهربائي أربعة للتحليل الطيفي مقاومة أوبيراندو

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate ...

Elemental-sensitive Detection of the Chemistry in Batteries through Soft X-ray Absorption Spectroscopy and Resonant Inelastic X-ray Scattering

Energy storage has become more and more a limiting factor of today's sustainable energy applications, including electric vehicles and green electric grid based on volatile solar and wind sources. The pressing demand of developing high-performance electrochemical energy storage solutions, i.e., batteries, relies on both fundamental understanding and practical developments from both the academy and industry. The formidable challenge of developing successful battery technology stems from the different requirements for different energy-storage applications. Energy density, power, stability, safety, and cost parameters all have to be balanced in batteries to meet the requirements of different applications. Therefore, multiple battery technologies based on different materials and mechanisms need to be developed and optimized. Incisive tools that could directly probe the chemical reactions in various battery materials are becoming critical to advance the field beyond its conventional trial-and-error approach. Here, we present detailed protocols for soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS), soft X-ray emission spectroscopy (sXES), and resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) experiments, which are inherently elemental-sensitive probes of the transition-metal 3d and anion 2p states in battery compounds. We provide the details on the experimental techniques and demonstrations revealing the key chemical states in battery materials through these soft X-ray spectroscopy techniques.

Here, we present a protocol for typical experiments of soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS) and resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) with applications in battery material studies.

الكشف عن عنصري المراعية لمادة الكيمياء في البطاريات عن طريق التحليل الطيفي امتصاص الأشعة السينية اللينة، وتبعثر الأشعة السينية غير مرن رنانة

Energy storage has become more and more a limiting factor of today's sustainable energy applications, including electric vehicles and green electric grid ...

Accumulation and Analysis of Cuprous Ions in a Copper Sulfate Plating Solution

Knowledge of the behavior of cuprous ions (monovalent copper ion: Cu(I)) in a copper sulfate plating bath is important for improving the plating process. We successfully developed a method to quantitatively and easily measure Cu(I) in a plating solution and used it for evaluation of the solution. In this paper, a quantitative absorption spectrum measurement and a time-resolved injection measurement of Cu(I) concentrations by a color reaction are described. This procedure is effective as a method to reproduce and elucidate the phenomenon occurring in the plating bath in the laboratory. First, the formation and accumulation process of Cu(I) in solution by electrolysis of a plating solution is shown. The amount of Cu(I) in the solution is increased by electrolysis at higher current values &#8203;&#8203;than the usual plating process. For the determination of Cu(I), BCS (bathocuproinedisulfonic acid, disodium salt), a reagent that selectively reacts with Cu(I), is used. The concentration of Cu(I) can be calculated from the absorbance of the Cu(I)-BCS complex. Next, the time measurement of the color reaction is described. The color reaction curve of Cu(I) and BCS measured by the injection method can be decomposed into an instantaneous component and a delay component. By analysis of these components, the holding structure of Cu(I) can be clarified, and this information is important when predicting the quality of the plating film to be produced. This method is used to facilitate the evaluation of the plating bath in the production line.

Here, accumulation of cuprous ions in a copper sulfate plating solution in a model experiment and an analysis based on quantitative measurements are described. This experiment reproduces the accumulation process of cuprous ions in the plating bath.

تراكم وتحليل الأيونات Cuprous في كبريتات النحاس تصفيح الحل

Knowledge of the behavior of cuprous ions (monovalent copper ion: Cu(I)) in a copper sulfate plating bath is important for improving the plating process. ...

Analysis of Complex Molecules and Their Reactions on Surfaces by Means of Cluster-Induced Desorption/Ionization Mass Spectrometry

Desorption/Ionization Induced by Neutral SO2 Clusters (DINeC) is employed as a very soft and efficient desorption/ionization technique for mass spectrometry (MS) of complex molecules and their reactions on surfaces. DINeC is based on a beam of SO2 clusters impacting on the sample surface at low cluster energy. During cluster-surface impact, some of the surface molecules are desorbed and ionized via dissolvation in the impacting cluster; as a result of this dissolvation-mediated desorption mechanism, low cluster energy is sufficient and the desorption process is extremely soft. Both surface adsorbates and molecules of which the surface is composed of can be analyzed. Clear and fragmentation-free spectra from complex molecules such as peptides and proteins are obtained. DINeC does not require any special sample preparation, in particular no matrix has to be applied. The method yields quantitative information on the composition of the samples; molecules at a surface coverage as low as 0.1 % of a monolayer can be detected. Surface reactions such as H/D exchange or thermal decomposition can be observed in real-time and the kinetics of the reactions can be deduced. Using a pulsed nozzle for cluster beam generation, DINeC can be efficiently combined with ion trap mass spectrometry. The matrix-free and soft nature of the DINeC process in combination with the MSn capabilities of the ion trap allows for very detailed and unambiguous analysis of the chemical composition of complex organic samples and organic adsorbates on surfaces.

Neutral SO2 clusters of low kinetic energy (&#60; 0.8 eV/constituent) are used to desorb complex surface molecules such as peptides or lipids for further analysis by means of mass spectrometry using an ion trap mass spectrometer. No special sample preparation is required, and real-time observation of reactions is possible.