ونحن نشكر روبرت بيرغر (جامعة فيليبس ماربورغ، ألمانيا) للملهم المناقشات حول التفسير البيانات وعدم التطابق الجزيئية بشكل عام. نحن ممتنون لجوليا كيدرووسكي وألكسندر Schießer ومايكل ريجيلين من "تو دارمشتات" (ألمانيا)، فضلا عن بنيامين سبينجير، ومانويل مازيناوير ويورغن ستوهنير من جو Wädenswil (سويسرا) لتقديم العينة.
وأيد المشروع "مبادرة الدولة هيسن" للعلم والتفوق الاقتصادي ظل التركيز ELCH (إلكترون ديناميات النظم مراوان) و "الوزارة الاتحادية للتعليم" والبحوث (الألمانية). مرض التصلب العصبي المتعدد تسلم الدعم المالي من مؤسسة ميسير أدولف.

<ol>
	<li>G&#252;bitz, G., Schmid, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chiral+Separation+by+Chromatographic+and+Electromigration+Techniques.+A+Review.">Chiral Separation by Chromatographic and Electromigration Techniques. A Review.</a> Biopharm. Drug Disposition. 22, 291-336 (2001).</li><li>Berova, N., Polaravapu, P. L., Nakanishi, K., Woody, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Comprehensive Chiroptical Spectroscopy. , (2012).</li><li>Bijvoet, J. M., Peerdeman, A. F., van Bommel, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+Absolute+Configuration+of+Optically+Active+Compounds+by+means+of+X-rays.">Determination of the Absolute Configuration of Optically Active Compounds by means of X-rays.</a> Nature. 168 (4268), 271-272 (1951).</li><li>Pitzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+Determination+of+Absolute+Molecular+Stereochemistry+in+Gas+Phase+by+Coulomb+Explosion+Imaging.">Direct Determination of Absolute Molecular Stereochemistry in Gas Phase by Coulomb Explosion Imaging.</a> Science. 341 (6150), 1096-1100 (2013).</li><li>Pitzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Absolute+Configuration+from+Different+Multifragmentation+Pathways+in+Light-Induced+Coulomb+Explosion+Imaging.">Absolute Configuration from Different Multifragmentation Pathways in Light-Induced Coulomb Explosion Imaging.</a> Chem Phys Chem. 17 (16), 2465-2472 (2016).</li><li>Vager, Z., Naaman, R., Kanter, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coulomb+Explosion+Imaging+of+small+molecules.">Coulomb Explosion Imaging of small molecules.</a> Science. 244 (4903), 426-431 (1989).</li><li>Herwig, P. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+the+Absolute+Configuration+of+a+Chiral+Epoxide+in+the+Gas+Phase.">Imaging the Absolute Configuration of a Chiral Epoxide in the Gas Phase.</a> Science. 342 (6162), 1084-1186 (2013).</li><li>D&#246;rner, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cold+Target+Recoil+Ion+Momentum+Spectroscopy:+a+'momentum+microscope'+to+view+atomic+collision+dynamics.">Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy: a 'momentum microscope' to view atomic collision dynamics.</a> Physics Reports. 330, 95-192 (2000).</li><li>Ullrich, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recoil-ion+and+electron+momentum+spectroscopy:+reaction-microscopes.">Recoil-ion and electron momentum spectroscopy: reaction-microscopes.</a> Rep. Prog. Phys. 66 (9), 1463-1545 (2003).</li><li>Jagutzki, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+Hit+Readout+of+a+Microchannel+Plate+Detector+With+a+Three-Layer+Delay-Line+Anode.">Multiple Hit Readout of a Microchannel Plate Detector With a Three-Layer Delay-Line Anode.</a> IEEE Trans Nucl Sci. 49 (5), 2477-2483 (2002).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> RoentDek GmbH MCP Delay Line Detector Manual. , (2017).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> RoentDek GmbH The RoentDek Constant Fraction Discriminators CFD8c, CFD7x, CFD4c, CFD1c and CFD1x. , (2017).</li><li>Zeller, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+the+He2+quantum+halo+state+using+a+free+electron+laser.">Imaging the He2 quantum halo state using a free electron laser.</a> PNAS. 113 (51), 14651-14655 (2016).</li><li>Pitzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stereochemical+configuration+and+selective+excitation+of+the+chiral+molecule+halothane.">Stereochemical configuration and selective excitation of the chiral molecule halothane.</a> J. Phys. B.: At. Mol. Opt. Phys. 49 (23), 234001 (2016).</li><li>Hine, J., Dowell, A. M., Singley, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Dihalides+as+Intermediates+in+the+Basic+Hydrolysis+of+Haloforms:+IV+Relative+Reactivities+of+Haloforms.">Carbon Dihalides as Intermediates in the Basic Hydrolysis of Haloforms: IV Relative Reactivities of Haloforms.</a> J. Am. Soc. Chem. 78, 479-482 (1956).</li><li>Wales, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+coincidence+detection+algorithm+for+improving+detection+rates+in+coulomb+explosion+imaging.">A coincidence detection algorithm for improving detection rates in coulomb explosion imaging.</a> Nucl. Instr. Meth. in Phys. Res. A. 667, 11-15 (2012).</li><li>Kastirke, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Konstruktion und Aufbau einer UHV-tauglichen COLTRIMS-Kammer. , (2014).</li><li>Calegari, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charge+migration+induced+by+attosecond+pulses+in+bio-relevant+molecules.">Charge migration induced by attosecond pulses in bio-relevant molecules.</a> J. Phys. B.: At. Mol. Opt. Phys. 49 (14), 142001 (2016).</li><li>Gaie-Levrel, F., Garcia, G. A., Schwell, M., Nahon, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VUV+state-selected+photoionization+of+thermally-desorbed+biomolecules+by+coupling+an+aerosol+source+to+an+imaging+photoelectron/photoion+coincidence+spectrometer:+case+of+the+amino+acids+tryptophan+and+phenylalanine.">VUV state-selected photoionization of thermally-desorbed biomolecules by coupling an aerosol source to an imaging photoelectron/photoion coincidence spectrometer: case of the amino acids tryptophan and phenylalanine.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 7024-7036 (2010).</li><li>Ablikim, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+absolute+geometries+of+cis+and+trans+molecular+isomers+by+Coulomb+Explosion+Imaging.">Identification of absolute geometries of cis and trans molecular isomers by Coulomb Explosion Imaging.</a> Sci. Rep. 6, 38202 (2016).</li></ol>

الكتاب يعلن لا تضارب المصالح.

بسبب مجموعة متنوعة المكونات، يتطلب برنامج إعداد كولتريمس مستوى عال بدلاً من الخبرة الفنية، لا سيما في مجالات تقنية الشفط، والكشف عن الجسيمات، وتحليل سريع للإلكترونيات والبيانات. قبل أن انتقل إلى التحقيق في الأنواع المعقدة، فإنه يجب وبالتالي دقة التحقق إذا كان الإعداد قيد التشغيل بشكل ص?...

شرليتي هو سمة من سمات طبيعتنا التي تم الباحثين رائعة لأكثر من 150 عاماً. في 19th القرن، باستور، هوف van't وآخرين اكتشف أن جزيئات يمكن أن تحدث في هذين الهيكلين صورة طبق الأصل ليست سوبر مفروضة-مثل دولنا اليسرى واليد اليمنى. هذه الخاصية سمي 'مراوان'، من اليونانية كلمة 'اليد'.
وحتى الآن تم العثور على أي اختلاف في الخصائص الحرارية أو في مستويات الطاقة من أشكال اليد اليسرى واليمنى (اثنين 'متبلور مضاد'). بغية تحليل استخدام إحدى اليدين لنموذج معين وفصل متبلور مضاد، يمكن استخدام التفاعل مع جزيئات مراوان أخرى، كما هو الحال على سبيل المثال في مختلف النهج تشروماتوجرافيكال. 1 تستخدم أساليب تشيروبتيكال مثل تلوانيه دائرية (الذبذبات) والقرص المضغوط (V) والتشتت البصري الدنمارك، ORD، بشكل روتيني للتمييز بين متبلور مضاد. 2
عندما يتعلق الأمر بتحديد بنية مجهرية، هذه التقنيات تتطلب الحصول على معلومات إضافية، على سبيل المثال من حسابات الكم والكيميائية. الأسلوب الوحيد المقبول على نطاق واسع لتحديد التكوين المطلق مباشرة من الشاذ حيود الأشعة السينية. 3
لقد ثبت مؤخرا أن التكوين المطلقة من الأنواع مراوان بسيطة يمكن تحديده من خلال "التصوير كولومب الانفجار". 4 , 5 في هذا النهج، الجزيئات في الطور الغازي يتم ضرب المتأين حيث أن النوى المتبقية بشدة صد كل للآخر. هذا التنافر يؤدي إلى تجزئة سريع (الانفجار) للجزيئات. الاتجاه وحجم ربط مومنتثم يفتت الهيكل للجزيء – للجزيئات الصغيرة، تتوافق مع التوجيهات الزخم المثير للدهشة كذلك على المحاور السندات. كانت رائدة "كولومب الانفجار" لتحديد التركيبة الجزيئية باستخدام الحزم الأيونية الجزيئية من 'مسرع'. 6 تقنية رقائق شعاع هذه الآونة الأخيرة كما تم تطبيقها للتعرف على مراوان. 7
خلافا شاذا حيود الأشعة السينية، يجب إلا يكون العينة بلوري بل منصوص عليه في الطور الغازي. وهذا يجعل النهج "الانفجار كولومب" مثالية للأنواع المتقلبة وهكذا يكمل حيود الأشعة السينية. وفي بعض الحالات، لا يمكن تحديد استخدام إحدى اليدين حتى للجزيئات الفردية.
في الممارسة العملية، قد ثبت إعادة الضبط في بنية جزيئية صعبة حتى بالنسبة لمشتقات الميثان، مثل جزيئات الكربون مركزية وسوبستيتوينتس المختلفة. يعزى ذلك إلى حقيقة أن التفاعل بين الأجزاء ليست بالضبط كولومبيك وأن كسر السندات ليست كلها في وقت واحد. للحصول على معلومات تركيبية، لا سيما أن نميز بين متبلور مضاد، هذا التعمير لحسن الحظ غير ضروري. بدلاً من ذلك، يمكن أن يرتبط ناقلات الزخم من أجزاء مختلفة تسفر عن كمية متميزة للجزيئات اليد اليسرى واليمنى. للحصول على نتائج يمكن الاعتماد عليها، أن مالا يقل عن أربعة بلغة مومنتثم تسجيلها.
لقياس هذه المعلومات الزخم، بالشظايا من واحد – وواحد فقط – الجزيئية تفكك يمكن اكتشافها في خطوة واحدة قياس. هذا الشرط وعادة ما يشار إلى 'كشف تزامنت'. وباﻹضافة إلى ذلك، اتجاهات الانبعاثات يجب أن يتم تحليلها، التي تؤثر على المبالغ في الممارسة العملية لتسجيل الوقت والموقف من الجزء في تنسيق بيانات وضع قائمة.
في الفيزياء الذرية والجزيئية، استحدثت تقنيات تنفيذ هذا النهج للقياس باستخدام الطيف الكهربائي كاشفات المتعددة ضرب الانفصال وتراعي الوقت والموقف الجماعي. هو أبرز مثال على الإعداد كولتريمس (الباردة الهدف نكص أيون الزخم التحليل الطيفي) – المعروف أيضا "رد فعل المجهر". 8 , 9 رسماً تخطيطياً لهذا النوع من التجربة ويرد في الشكل 1. خلافا كولتريمس قياسية التي يمكن أن تسجل الإلكترونات، وكذلك، "كولوم الانفجار التصوير" يتطلب الكشف عن أيون فقط.
مطياف والكاشف هي التي شنت تحت الفراغ فائقة (&#60; 1 × 10-9 hPa) لتجنب إنشاء أيونات من الغاز المتبقية. جزيئات مفردة من العينة التي ترد عن طريق طائرة جزيئية حرة غازية الناجمة عن التوسع الأسرع من الصوت: حكم ضغط البخار، توسيع الجزيئات من خلال فوهة صغيرة (حوالي 50 ميكرومتر القطر) في الفراغ. يتم فصل هذا الجزء من التجربة، دائرة المصدر، من منطقة التفاعل كاشطات عادة اثنين ومراحل ضخ متفاوتاً. إضافية الأثران ضخ قسم يقع خلف منطقة التفاعل تفريغ الطائرة النفاثة غازات، وبالتالي تجنب الغاز الخلفية في منطقة التفاعل.
بالإشعاع المؤين يتقاطع مع الطائرة النفاثة الجزيئية تحت 90°. معظم المختبرات في الوقت الحاضر استخدام نبضات الليزر femtosecond، على الرغم من أن الإشعاع السنكروتروني، سرعة الأيونات أو تأثير إلكترون 'القذائف' ممكن للحث على "الانفجار كولومب".
البروتوكول التالي يجعل افتراض أن تشغيل برنامج إعداد لتصوير تزامنت الأيونات وليزر femtosecond متاحة في المعمل. يجب أن تكون كثافة الذروة بحاجة لحمل "كولومب الانفجار" إلى شظايا أربع أو خمس حتى يقارب 6 × 1014 ث/سم2. لتجنب قياسات طويلة جداً، ينبغي أن يكون معدل تكرار الليزر 10 كيلو هرتز أو أكثر. وهذا بالغ الأهمية لأنه، من ناحية، تزامنت الكشف يمكن فقط التأكد إذا كان إلى حد كبير احتمال التجزؤ في تركيز الليزر أقل من واحد لكل نبض الليزر (ومن الناحية المثالية لا تزيد عن 10%). سعر التجزئة الإجمالية، من ناحية أخرى، لا ينبغي أقل من كيلو هرتز قليلة نظراً لأن حصة المسارات مولتيفراجمينتيشن ذات الصلة عادة أقل من 10-4. حقيقة أنها مشجعة، تجدر الإشارة إلى أن في مبدأ الفعل حدثاً تجزئة واحدة كافية لتحديد التكوين عينة انانتيوبوري، ويسمح هذا الكشف عن بضع مئات لتحديد الوفرة من متبلور مضاد في عينة تكوين الأجزاء غير معروف.

<table><tbody><tr><td>CHBrCl2</td><td>SigmaAldrich</td><td>139181-10G</td><td>or other suitable sample</td></tr><tr><td>femtosecond laser system</td><td>KMLabs</td><td>Wyvern500</td><td></td></tr><tr><td>High-reflective mirrors</td><td>EKSMA</td><td>042-0800</td><td></td></tr><tr><td>mirror mounts</td><td>Newport</td><td>U100-A-LH-2K&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>focusing mirror (protected silver, f = 75 mm)</td><td>Thorlabs&amp;nbsp;</td><td>CM254-075-P01</td><td>(if available: f = 60 mm)</td></tr><tr><td>COLTRIMS spectrometer, including electronics and data acquisition system</td><td>RoentDek</td><td>custom</td><td>contrary to the standard COLTRIMS, only one detector is needed</td></tr></tbody></table>

coulomb explosion imaging as a tool to distinguish between stereoisomers

يوضح هذا المقال كيف يمكن استخدام كولتريمس (الباردة الهدف نكص أيون الزخم التحليل الطيفي) أو تقنية "رد فعل المجهر" للتمييز بين متبلور مضاد (الفراغية) الأنواع مراوان بسيطة على مستوى الجزيئات الفردية. في هذا النهج، يتوسع في فراغ غرفة طائرة الجزيئات غازية العينة ويتقاطع مع نبضات ليزر femtosecond (خ). كثافة عالية من البقول يؤدي إلى سرعة التأين متعددة، تشعل "انفجار" ما يسمى كولومب التي تنتج عدة أجزاء (مشحونة بشكل إيجابي) الموجبة. حقل الكتروستاتي أدلة هذه الكاتيونات على كاشفات تراعي الوقت والموقف. شبيه وقت الطيران مطياف كتلة، وقت وصول كل أيون تعطي معلومات عن كتلته. كفائض، يتم ضبط الحقل الكهربائي في طريقة باتجاه الانبعاثات والطاقة الحركية بعد تجزئة تؤدي إلى اختلافات في الوقت الطيران وفي الموقف أثر على الجهاز.
ينشئ كل تأثير أيون إشارة إلكترونية في الكاشف؛ هذه الإشارة هو معاملة إلكترونية عالية التردد وتسجيل الحدث بالحدث باستخدام كمبيوتر. تتوافق مع البيانات المسجلة إلى إضعاف تأثير ومواقف. مع هذه البيانات، يمكن حساب الطاقة واتجاه الانبعاث لكل جزء. هذه القيم مرتبطة بالخصائص الهيكلية للجزيء قيد التحقيق، أي إلى أطوال السندات والمواضع النسبية للذرات، مما يسمح بتحديد جزيء بجزيء الطغيان الأنواع مراوان بسيطة وإضافة ميزات أخرى.

في هذا الجزء، نعرض النتائج التي تم الحصول عليها هالوميثانيس. هذه الأنواع مثالية لتجارب إثبات لمبدأ سبب البساطة وارتفاع ضغط البخار. وفي الوقت نفسه، تم التحقيق هالوثان الأنواع أكثر تعقيداً تستخدم الفوتونات لينة-إكس-رأي واحد من مصدر السنكروتروني للحث على التأين متعددة. <sup ...

Watch this Scientific Journal Video about Coulomb Explosion Imaging as a Tool to Distinguish Between Stereoisomers at JoVE.com

Coulomb Explosion Imaging as a Tool to Distinguish Between Stereoisomers

تصوير الانفجار كولومب كأداة للتمييز بين الفراغية

للأنواع الصغيرة من مراوان، "تصوير الانفجار كولومب" يقدم نهجاً جديداً لتحديد استخدام إحدى اليدين الجزيئات الفردية.

This article shows how the COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) or the "reaction microscope" technique can be used to distinguish ...

coulomb-explosion-imaging-as-tool-to-distinguish-between

Education

Research

JoVE Core

JoVE Journal

Organic Chemistry

Chemistry

Unit 1

Transition Metals and Coordination Complexes

Stereoisomerism

SCIENTISTS IN ACTION

9.0K Views.  Goethe-Universität Frankfurt am Main. للأنواع الصغيرة من مراوان، "تصوير الانفجار كولومب" يقدم نهجاً جديداً لتحديد استخدام إحدى اليدين الجزيئات الفردية.

Video: Coulomb Explosion Imaging as a Tool to Distinguish Between Stereoisomers

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold molecular beams. However, these beams often contain multiple conformers and clusters, even at low rotational temperatures. We present an experimental methodology that allows the spatial separation of these constituent parts of a molecular beam expansion. Using an electric deflector the beam is separated by its mass-to-dipole moment ratio, analogous to a bender or an electric sector mass spectrometer spatially dispersing charged molecules on the basis of their mass-to-charge ratio. This deflector exploits the Stark effect in an inhomogeneous electric field and allows the separation of individual species of polar neutral molecules and clusters. It furthermore allows the selection of the coldest part of a molecular beam, as low-energy rotational quantum states generally experience the largest deflection. Different structural isomers (conformers) of a species can be separated due to the different arrangement of functional groups, which leads to distinct dipole moments. These are exploited by the electrostatic deflector for the production of a conformationally pure sample from a molecular beam. Similarly, specific cluster stoichiometries can be selected, as the mass and dipole moment of a given cluster depends on the degree of solvation around the parent molecule. This allows experiments on specific cluster sizes and structures, enabling the systematic study of solvation of neutral molecules.

We present a technique that allows the spatial separation of different conformers or clusters present in a molecular beam. An electrostatic deflector is used to separate species by their mass-to-dipole moment ratio, leading to the production of gas-phase ensembles of a single conformer or cluster stoichiometry.

الفصل المكاني للمتشكلات الجزيئية والتجمعات

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

Engineering

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb explosion imaging setup in which a hitherto-impractical camera angle is realized. In our imaging technique, diatomic molecules are irradiated with a circularly polarized strong laser pulse. The ejected atomic ions are accelerated perpendicularly to the laser propagation. The ions lying in the laser polarization plane are selected through the use of a mechanical slit and imaged with a high-throughput, 2-dimensional detector installed parallel to the polarization plane. Because a circularly polarized (isotropic) Coulomb exploding pulse is used, the observed angular distribution of the ejected ions directly corresponds to the squared rotational wave function at the time of the pulse irradiation. To create a real-time movie of molecular rotation, the present imaging technique is combined with a femtosecond pump-probe optical setup in which the pump pulses create unidirectionally rotating molecular ensembles. Due to the high image throughput of our detection system, the pump-probe experimental condition can be easily optimized by monitoring a real-time snapshot. As a result, the quality of the observed movie is sufficiently high for visualizing the detailed wave nature of motion. We also note that the present technique can be implemented in existing standard ion imaging setups, offering a new camera angle or viewpoint for the molecular systems without the need for extensive modification.

We present a protocol for creating a real-time movie of a molecular rotational wave packet using a high-resolution Coulomb explosion imaging setup.

التصوير المباشر مدفوعة الليزر فائق السرعة الجزيئية دوران

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb ...

Photoelectron Imaging of Anions Illustrated by 310 Nm Detachment of F&#8722;

Anion photoelectron imaging is a very efficient method for the study of energy states of bound negative ions, neutral species and interactions of unbound electrons with neutral molecules/atoms. State-of-the-art in vacuo anion generation techniques allow application to a broad range of atomic, molecular, and cluster anion systems. These are separated and selected using time-of-flight mass spectrometry. Electrons are removed by linearly polarized photons (photo detachment) using table-top laser sources which provide ready access to excitation energies from the infra-red to the near ultraviolet. Detecting the photoelectrons with a velocity mapped imaging lens and position sensitive detector means that, in principle, every photoelectron reaches the detector and the detection efficiency is uniform for all kinetic energies. Photoelectron spectra extracted from the images via mathematical reconstruction using an inverse Abel transformation reveal details of the anion internal energy state distribution and the resultant neutral energy states. At low electron kinetic energy, typical resolution is sufficient to reveal energy level differences on the order of a few millielectron-volts, i.e., different vibrational levels for molecular species or spin-orbit splitting in atoms. Photoelectron angular distributions extracted from the inverse Abel transformation represent the signatures of the bound electron orbital, allowing more detailed probing of electronic structure. The spectra and angular distributions also encode details of the interactions between the outgoing electron and the residual neutral species subsequent to excitation. The technique is illustrated by the application to an atomic anion (F&#8722;), but it can also be applied to the measurement of molecular anion spectroscopy, the study of low lying anion resonances (as an alternative to scattering experiments) and femtosecond (fs) time resolved studies of the dynamic evolution of anions.

Here, we present a protocol for photoelectron imaging of anionic species. Anions generated in vacuo and separated by mass spectrometry are probed using velocity mapped photoelectron imaging, providing details of anion and neutral energy levels, anion and neutral structure and the nature of the anion electronic state.

تصوير النانومترية من الأنيونات يتضح من 310 نانومتر مفرزة و−

Anion photoelectron imaging is a very efficient method for the study of energy states of bound negative ions, neutral species and interactions of unbound ...

Using a Cyclic Ion Mobility Spectrometer for Tandem Ion Mobility Experiments

Accurate characterization of chemical structures is important to understand their underlying biological mechanisms and functional properties. Mass spectrometry (MS) is a popular tool but is not always sufficient to completely unveil all structural features. For example, although carbohydrates are biologically relevant, their characterization is complicated by numerous levels of isomerism. Ion mobility spectrometry (IMS) is an interesting complement because it is sensitive to ion conformations and, thus, to isomerism. 
Furthermore, recent advances have significantly improved the technique: the last generation of Cyclic IMS instruments offers additional capabilities compared to linear IMS instruments, such as an increased resolving power or the possibility to perform tandem ion mobility (IMS/IMS) experiments. During IMS/IMS, an ion is selected based on its ion mobility, fragmented, and reanalyzed to obtain ion mobility information about its fragments. Recent work showed that the mobility profiles of the fragments contained in such IMS/IMS data can act as a fingerprint of a particular glycan and can be used in a molecular networking strategy to organize glycomics datasets in a structurally relevant way. 
The goal of this protocol is thus to describe how to generate IMS/IMS data, from sample preparation to the final Collision Cross Section (CCS) calibration of the ion mobility dimension that yields reproducible spectra. Taking the example of one representative glycan, this protocol will show how to build an IMS/IMS control sequence on a Cyclic IMS instrument, how to account for this control sequence to translate IMS arrival time into drift time (i.e., the effective separation time applied to the ions), and how to extract the relevant mobility information from the raw data. This protocol is designed to clearly explain the critical points of an IMS/IMS experiment and thus help new Cyclic IMS users perform straightforward and reproducible acquisitions.

Ion mobility spectrometry (IMS) is an interesting complement to mass spectrometry for the characterization of biomolecules, notably because it is sensitive to isomerism. This protocol describes a tandem IMS (IMS/IMS) experiment, which allows the isolation of a molecule and the generation of the mobility profiles of its fragments.

استخدام مطياف حركة الأيونات الدورية لتجارب التنقل الأيوني الترادفي

Accurate characterization of chemical structures is important to understand their underlying biological mechanisms and functional properties. Mass ...

Direct Comparison of Hyperspectral Stimulated Raman Scattering and Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microscopy for Chemical Imaging

Stimulated Raman scattering (SRS) and coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy are the most widely used coherent Raman scattering imaging technologies. Hyperspectral SRS and CARS imaging offer Raman spectral information at every pixel, which enables better separation of different chemical compositions. Although both techniques require two excitation lasers, their signal detection schemes and spectral properties are quite different. The goal of this protocol is to perform both hyperspectral SRS and CARS imaging on a single platform and compare the two microscopy techniques for imaging different biological samples. The spectral focusing method is employed to acquire spectral information using femtosecond lasers. By using standard chemical samples, the sensitivity, spatial resolution, and spectral resolution of SRS and CARS in the same excitation conditions (i.e., power at the sample, pixel dwell time, objective lens, pulse energy) are compared. The imaging contrasts of CARS and SRS for biological samples are juxtaposed and compared. The direct comparison of CARS and SRS performances would allow for optimal selection of the modality for chemical imaging.

This paper directly compares the resolution, sensitivity, and imaging contrasts of stimulated Raman scattering (SRS) and coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) integrated into the same microscope platform. The results show that CARS has a better spatial resolution, SRS gives better contrasts and spectral resolution, and both methods have similar sensitivity.

مقارنة مباشرة بين تشتت رامان المحفز فوق الطيف ومجهر تشتت رامان المضاد للستوكس للتصوير الكيميائي

Stimulated Raman scattering (SRS) and coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) microscopy are the most widely used coherent Raman scattering imaging ...

Differential Imaging of Biological Structures with Doubly-resonant Coherent Anti-stokes Raman Scattering (CARS)

Coherent Raman imaging techniques have seen a dramatic increase in activity over the past decade due to their promise to enable label-free optical imaging with high molecular specificity 1. The sensitivity of these techniques, however, is many orders of magnitude weaker than fluorescence, requiring milli-molar molecular concentrations 1,2. Here, we describe a technique that can enable the detection of weak or low concentrations of Raman-active molecules by amplifying their signal with that obtained from strong or abundant Raman scatterers. The interaction of short pulsed lasers in a biological sample generates a variety of coherent Raman scattering signals, each of which carry unique chemical information about the sample. Typically, only one of these signals, e.g. Coherent Anti-stokes Raman scattering (CARS), is used to generate an image while the others are discarded. However, when these other signals, including 3-color CARS and four-wave mixing (FWM), are collected and compared to the CARS signal, otherwise difficult to detect information can be extracted 3. For example, doubly-resonant CARS (DR-CARS) is the result of the constructive interference between two resonant signals 4. We demonstrate how tuning of the three lasers required to produce DR-CARS signals to the 2845 cm-1 CH stretch vibration in lipids and the 2120 cm-1 CD stretching vibration of a deuterated molecule (e.g. deuterated sugars, fatty acids, etc.) can be utilized to probe both Raman resonances simultaneously. Under these conditions, in addition to CARS signals from each resonance, a combined DR-CARS signal probing both is also generated. We demonstrate how detecting the difference between the DR-CARS signal and the amplifying signal from an abundant molecule's vibration can be used to enhance the sensitivity for the weaker signal. We further demonstrate that this approach even extends to applications where both signals are generated from different molecules, such that e.g. using the strong Raman signal of a solvent can enhance the weak Raman signal of a dilute solute.

Differential Imaging of Biological Structures with Doubly-resonant Coherent Anti-stokes Raman Scattering CARS

A combination of three single wavelength short-pulsed lasers is used to generate coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) and doubly-resonant CARS (DR-CARS). The difference between these signals provides enhanced sensitivity for otherwise difficult to detect coherent Raman signals, enabling imaging of weak Raman scatterers.

التصوير الفرق البنيات البيولوجية مع المضاعفة - الرنانة نثر المضادة للستوكس المتماسك رامان (سيارات)

Coherent Raman imaging techniques have seen a dramatic increase in activity over the past decade due to their promise to enable label-free optical imaging ...

Biology

استخدام مجهر VSFG للتحليل الكيميائي متعدد الوسائط والسريع والطيفي

Multimodal Nonlinear Hyperspectral Chemical Imaging Using Line-Scanning Vibrational Sum-Frequency Generation Microscopy

Vibrational sum-frequency generation (VSFG), a second-order nonlinear optical signal, has traditionally been used to study molecules at interfaces as a spectroscopy technique with a spatial resolution of ~100 &#181;m. However, the spectroscopy is not sensitive to the heterogeneity of a sample. To study mesoscopically heterogeneous samples, we, along with others, pushed the resolution limit of VSFG spectroscopy down to ~1 &#181;m level and constructed the VSFG microscope. This imaging technique not only can resolve sample morphologies through imaging, but also record a broadband VSFG spectrum at every pixel of the images. Being a second-order nonlinear optical technique, its selection rule enables the visualization of non-centrosymmetric or chiral self-assembled structures commonly found in biology, materials science, and bioengineering, among others. In this article, the audience will be guided through an inverted transmission design that allows for imaging unfixed samples. This work also showcases that VSFG microscopy can resolve chemical-specific geometric information of individual self-assembled sheets by combining it with a neural network function solver. Lastly, the images obtained under brightfield, SHG, and VSFG configurations of various samples briefly discuss the unique information revealed by VSFG imaging.

تسليط الضوء على المؤلف: الكشف عن إمكانات الفحص المجهري VSFG في دراسة الهياكل ذاتية التجميع غير المتجانسة بالمنظار 

A multimodal, rapid hyperspectral imaging framework was developed to obtain broadband vibrational sum-frequency generation (VSFG) images, along with brightfield, second harmonic generation (SHG) imaging modalities. Due to the infrared frequency being resonant with molecular vibrations, microscopic structural and mesoscopic morphology knowledge is revealed of symmetry-allowed samples.

التصوير الكيميائي الطيفي غير الخطي متعدد الوسائط باستخدام مجهر توليد مجموع التردد الاهتزازي للمسح الخطي

Vibrational sum-frequency generation (VSFG), a second-order nonlinear optical signal, has traditionally been used to study molecules at interfaces as a ...

Stereoisomers

On the basis of mirror symmetry, stereoisomers of an organic molecule can be further classified into diastereomers and enantiomers. Diastereomers are stereoisomers that are not mirror images of each other. Substituted alkenes, such as the cis and trans isomers of 2-butene, are diastereomers, as these molecules exhibit different spatial orientations of their constituent atoms, are not mirror images of each other,&#160;and do not interconvert. Here, the interconversion is suppressed due to restricted rotation around the &#960; bond. Another class of diastereomers &#8212; those without &#960; bonds &#8212; are molecules that have non-superposable spatial orientations and exhibit different configurations of their substituent groups at some, but not all, stereocenters. For example, cis-1,2-dimethylcyclohexane and trans-1,2-dimethylcyclohexane are diastereomers, as these molecules are not superposable and have a different configuration of the methyl and hydrogen groups at only one out of their two stereocenters.
Enantiomers are stereoisomers that are mirror images of each other. As only chiral molecules can have non-superposable mirror images, enantiomers are chiral molecules. For example, the chiral molecule 2-butanol and its mirror image are enantiomers, as these molecules exhibit non-superposable spatial orientations of their constituent atoms and are mirror images of each other. A chiral molecule and its mirror image are collectively referred to as an enantiomeric pair, or a pair of enantiomers. The enantiomer of a chiral molecule can be drawn by taking its mirror image from any position or&#160;exchanging the positions of two of the substituents at each stereocenter of the molecule.

Stereoisomers: Diastereomers and Enantiomers

الأيزومرات الفراغية

On the basis of mirror symmetry, stereoisomers of an organic molecule can be further classified into diastereomers and enantiomers. Diastereomers are ...

تصوير الانفجار كولومب كأداة للتمييز بين الفراغية

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

الفصل المكاني للمتشكلات الجزيئية والتجمعات

التصوير المباشر مدفوعة الليزر فائق السرعة الجزيئية دوران

تصوير النانومترية من الأنيونات يتضح من 310 نانومتر مفرزة و⁻

استخدام مطياف حركة الأيونات الدورية لتجارب التنقل الأيوني الترادفي

مقارنة مباشرة بين تشتت رامان المحفز فوق الطيف ومجهر تشتت رامان المضاد للستوكس للتصوير الكيميائي

التصوير الفرق البنيات البيولوجية مع المضاعفة - الرنانة نثر المضادة للستوكس المتماسك رامان (سيارات)

التصوير الكيميائي الطيفي غير الخطي متعدد الوسائط باستخدام مجهر توليد مجموع التردد الاهتزازي للمسح الخطي

التصوير الكيميائي الطيفي غير الخطي متعدد الوسائط باستخدام مجهر توليد مجموع التردد الاهتزازي للمسح الخطي

التصوير الكيميائي الطيفي غير الخطي متعدد الوسائط باستخدام مجهر توليد مجموع التردد الاهتزازي للمسح الخطي

الأيزومرات الفراغية