מחקר זה מומן על ידי משרד אנרגיה של יסוד מדעי, האגף של מדעי כימיה, מדעי כדור הארץ וBiosciences של משרד האנרגיה האמריקאי (DOE). GEJ מודה תמיכה מינוס פאולינג המלגה ונהל את התכנית במעבדת המחקר ופיתוח במעבדה הלאומית האמריקנית פסיפיק נורת&#39;ווסט (PNNL). עבודה זו בוצעה באמצעות EMSL, בחסות המחלקה של משרד האנרגיה של מחקר ביולוגי וסביבתי וממוקם במעבדות PNNL מתקן למשתמש מדעי לאומי. PNNL מופעל על ידי באטל למשרד האנרגיה האמריקאי.

1. הכנת משטחי COOH-SAM על זהב לנחיתה רכה של יונים המוניים שנבחרו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג מצעי זהב שטוחים על סיליקון (Si) או של חמרי גיבוי נציץ. לחלופין, להכין סרטי זהב על Si או משטחים נציץ על פי נהלים שתוארו בספרות 118,119. שים לב: שימוש במשטחים בעלי המפרט הבא: 1 סנטימטר 2 או מעגלי ו5 מ&quot;מ קוטר, 525 מיקרומטר Si שכבה עבה, 50 שכבת הדבקה עבה Ti, 1,000 שכבת Å Au. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח משטחי זהב על סיליקון טריים לתוך צלוחיות זכוכית נצנץ ולטבול באתנול טהור (לא מפוגל). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח בקבוקונים המכילים נצנץ משטחי זהב שקוע באתנול לשואב קולי ולשטוף עבור 20 דקות כדי להסיר כל פסולת פני השטח. הערה: אין באולטרסאונד לשטוף זהב על משטחים נציץ כמו זה יהיה לנתק את סרט זהב מחומר הגיבוי נציץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר משטחי זהב שטף מבקבוקונים ויבשים עם זרםN הטהור 2 כדי למנוע היווצרות של כתמים שנותרו באתנול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את משטחי זהב המיובשים עם הפנים כלפי מעלה באולטרה סגול (UV) נקי ולהקרין ל20 דקות כדי להסיר חומר אורגני על פני שטח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בבקבוקוני זכוכית נצנץ, להכין 5 מיליליטר של פתרונות 1 מ&quot;מ של חומצת 16 mercaptohexadecanoic (COOH-SAM) באתנול אינו מפוגל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת חומצה הידרוכלורית לריכוז סופי של 1% HCl באתנול כדי להבטיח protonation של קבוצות החומצה קרבוקסילית של המולקולות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את שטף, יבש ומשטחי זהב ניקה UV עם פנים כלפי מעלה לתוך פתרונות COOH-SAM להבטיח כי כל משטח הזהב הוא שקוע באופן מלא בכל בקבוקון. לאפשר משטחי monolayer על זהב להרכיב לפחות 24 שעות בחושך (לעטוף בנייר כסף בקבוקונים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המשטחים מפתרוני COOH-SAM והמקום בבקבוקוני נצנץ חדשים המכילים 5 מיליליטר של 1% HCl באתנול. Ultrasonically לשטוף את SAM משטחים במשך 5 דקות כדי להסיר כל fr מולקולות physisorbedאום פני שטח השכבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המשטחים נשטפו מהבקבוקונים ולשטוף עם מספר 1 מיליליטר aliquots של 1% HCl באתנול. ייבשו את COOH-SAM משטחים תחת זרם של N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעזרת מלקחיים מתכת נקיים ולובש כפפות למקם משטח SAM על אחד משלושה mounts מדגם מתכת שעולים בקנה אחד עם כל מכשיר נחיתה רך נזהר שלא לגעת במשטח הזהב מול מול בתהליך. ודא שהמשטח קבוע בחוזקה במקום ושיש מגע חשמלי חזק בין הצד האחורי של המשטח ודגימת מתכת הר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העסקת יכולות הקדמה מדגם עומס נעילה של המכשירים הרכים נחיתה (כל אחד הוא שונה במקצת), ודא שסתום השער המפריד בין מדגם אזור המבוא של המכשיר מתא הנחיתה הרך סגור. להביא את מדגם ההקדמה הקאמרית עד לחץ אטמוספרי ידי כיבוי משאבת ואקום turbomolecular ומד לחץ יינון וclosing שסתום משאבת הוואקום המכני foreline. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר המדגם קאמרי ההקדמה מגיע לחץ אטמוספרי לפתוח את דלת המדגם ולאבטח את בעל המדגם היטב למניפולטור (XYZ-במה או Z-מתרגם) הפנימי של המכשיר. סגור את הדלת ולפתוח את שסתום משאבת הוואקום המכני foreline. כאשר המדגם קאמרי ההקדמה מגיע לחץ של 10 -3 טור, הפעל את משאבת ואקום turbomolecular ומד לחץ יינון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר המדגם קאמרי ההקדמה מגיע לחץ של 10 -5 טור, פתח את שסתום השער לתא הנחיתה הרך. השתמש מניפולטור המגנטי או XYZ שלבים כדי למקם את משטח SAM בקנה אחד עם אלומת היונים להתחיל נחיתה רכה. </li></ol> 2. נחיתה רכה של רו (bpy) ההמוני שנבחר 3 2 + על COOH-SAM משטחים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג טריס (2,2 &#39;-bipyridyl) dichloro-רותניום (II) hexahydrate מוצק. ממיסים את הגבישים האדומים במתנול הטהור לCReate פתרונות מניות עם ריכוז של 10 -3 מ &#39; לדלל את פתרונות המניות בפקטור של 10 או 100 עם מתנול כדי להשיג יון הנוכחי electrospray אופטימלי של נבחר המוני Ru (bpy) 3 2 + מ &#39;/ z = 285. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את הפתרונות מדוללים לתוך המזרקים זכוכית 1 מיליליטר. השתמש במשאבת מזרק כדי להחדיר את הפתרון באמצעות קוטר חיצוני 360 מיקרומטר 80 מיקרומטר נימי סיליקה התמזגו קוטר פנימי שמוטות בין 2-3 ק ו ליצור יונים חיוביים. התאם את קצב זרימת משאבת מזרק בין 20-40 μl / שעה כדי להשיג יון הנוכחי אופטימליים ויציבות על פני השטח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם המוני המסנן quadrupole למסה של רו (bpy) 3 2 יון + מ &#39;/ z = 285 כדי למנוע נחיתה רכה של מינים אחרים מאשר Ru (bpy) 3 2 + על גבי המשטח. שימוש גבוהה התנגדות אלקטרומטר מחוברת למצע באמצעות ואקום, התאימו את הגדרות חשמלי הזנה דרך המתח של אופטיקה יון ויון בתדר רדיו מנחה על מנת למקסם את יון הנוכחי ויציבות של רו (bpy) 3 + 2 נמדדו על פני השטח SAM. לאפשר הניסוי לרוץ לתקופה שנבחרה זמן כדי להשיג את הכיסוי הרצוי של יונים על פני השטח של COOH-SAM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להגדיל את שיפוע הפוטנציאל באזור quadrupole ההתנגשות בלחץ גבוה של מכשירי נחיתה הרכים כדי ליצור את התנאים הקשים שמאפשרים ליגנד גז שלב הפשטה מהיון אורגנומתכתית באמצעות ניתוק התנגשות מושרה. הערה:. בדוק את התרשים סכמטי של אחד משלושת מכשירי נחיתה רכים, שהוא גם נציג של המוקדמים של שני מכשירים האחרים, המוצג באיור 1 שלבי הפיצול של רו (bpy) 3 2 + יון מתרחש ב גז אזור 4. להגדיל את המתח להחיל את הצלחת האחורית של משפך יון האלקטרומגנטים להסיר יגנד bipyridine אחד מRu (bpy) 3 2 + מ &#39;/ z = 285 הפקהשלב Ru (bpy) 2 2 + מ &#39;/ z = 207 באזור 4 של המכשיר 81. Mass לבחור יון בר undercoordinated תגובתי באמצעות המסנן ההמוני quadrupole באזור 6 של המכשיר ואדמה רכה על COOH-SAM משטחים לבחון כיצד המידה של קשירה משפיעה על המאפיינים של יונים אורגנומתכתית נתמכים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את אופטיקה יון שמסביב, כולל מתח DC מוחל על מוטות quadrupole כמו גם מגבלת המוליכות למקסם הנוכחית של נבחר המוני Ru (bpy) 2 2 + יונים שבר על פני השטח. </li></ol> 3. ניתוח על ידי באתרו TOF-SIMS לפני ואחרי חשיפה לגזי תגובה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את משאבת המזרק ומתח גבוה לפולט ESI. פתח את שסתום השער המפריד בין שני האזורים של המכשיר במהלך מבצע. השתמש מניפולטור המגנטי כדי להעביר את פני השטח מוכנים מתא הנחיתה הרך לשלב הניתוח בפניםחלק TOF-SIMS של המכשיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתנתק מניפולטור מהמדגם, ולסגת באופן מלא מחדר ניתוח SIMS. סגור את שסתום השער בין הנחיתה הרכה וחלקי SIMS של המכשיר בגלל TOF-SIMS פועל בלחץ נמוך בהרבה מאזור הנחיתה הרך של המכשיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לבצע את ניסוי TOF-SIMS, טען את הקובץ מלאה מכשיר בתוכנה ולהבטיח כי מקור Ga + הוא לייצר נוכחית יציבה מספיק של יונים עיקריים. הערה: להעסיק 15 יוני גליום העיקרי keV (Ga + 500 הרשות הפלסטינית, 5 NSEC רוחב דופק, שיעור החזרה 10 קילוהרץ) כדי לגרום desorption רך נחת חומר מהמשטחים. לחלץ יונים משניים נפלטים מפני השטח אל תוך מסת Analyzer, אשר מורכב משלושה מגזרים אלקטרוסטטי נפרדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש פרופילי קו-X וציר ה-Y על פני השטח כדי לקבוע את מרכזו של המקום הופקד של יונים על פני המצע (בדרך כלל במרכזו של משטחnd 3 מ&quot;מ קוטר). מקם את פני השטח כך ש+ אלומת היונים העיקרית Ga היא אירוע במרכז המקום שהופקד של יונים. רכישת ספקטרום המוני TOF-SIMS למשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את הקורה העיקרי Ga יון + ומתחים גבוהים של TOF-SIMS. השתמש מניפולטור המגנטי כדי להעביר את הדגימה חזרה לחלק הנחיתה הרך של המכשיר. ודא שסתום השער המפריד בין שני התאים סגור לפני שימשיך הלאה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בשסתום דליפת ואקום גבוה בתא הנחיתה הרך להציג את זרימה מבוקרת של חמצן טוהר גבוה במיוחד (O 2) גז ממכל לתוך המכשיר. השתמש סתום שער מתכווננת מול משאבת ואקום turbomolecular לחנוק את מהירות השאיבה של המשאבה כדי להשיג לחץ יציב של 10 -4 טור של O 2 בתוך חדר הנחיתה הרך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעקבות חשיפה של פני השטח לO 2 במשך 30 דקות לסגור את שסתום הדליפה, פתח את שסתום השער על הדואר משאבת turbomolecular ואקום ולאפשר O שנותר 2 כדי לשאוב משם. אחרי הלחץ בתא ירד, פתח את שסתום השער לחלק SIMS של המכשיר ולהשתמש מניפולטור המגנטי כדי למקם את המשטח על פלטפורמת הניתוח לסיבוב נוספת של ניתוח TOF-SIMS שני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר קשת TOF-SIMS השנייה מתקבלת כמתואר בסעיפים 3.3-3.4, פתח את שסתום השער ולמקם את המשטח אחורי בתא הנחיתה הרך לחשיפה ל10 -4 טור של 2 C H 4 ל30 דקות. לבצע ניתוח SIMS שוב כמתואר לעיל. </li></ol> 4. ניתוח על ידי באתרו FT-ICR-SIMS במהלך ואחרי נחיתה רכה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את SAM משטחים לניסויים עם מכשיר FT-ICR-SIMS באתרו באופן דומה לזה שתואר בסעיף 1, אלא על מצעים עגולים 5 מ&quot;מ קוטר. הערה: מצעי שימוש כי הם חתכו לייזר מפרוסות סיליקון מצופה זהב (5 כרום ננומטרשכבת הדבקה וזהב שהופקדו אדי polycrystalline 100 ננומטר). להיות מודע לכך שההבדל הבולט ביותר הוא שבמכשיר FT-ICR-SIMS פני השטח ממוקם בתוך הנישא של מגנט מוליך. הנוכחות של המגנט מחייבת כי המשטחים יוצבו בסופו של Z-מתורגמן ידני 5 רגל כדי לאפשר להם להיות ממוקם בצורה בטוחה וadjustably בצלחת האחורית של תא ICR. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות ממשק עומס נעילה, מקם משטח SAM מעגלי בצלחת ההשמנה האחורית של תא ICR ממוקם בתוך מגנט טסלה 6. הערה: שים לב כי מכשיר זה הוא ספקטרומטר מסות 6 טסלה FT-ICR תוכנן במיוחד מוגדרים לחקר אינטראקציות יון משטח 97,120. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפעיל את חלק הנחיתה הרך יון של מכשיר FT-ICR-SIMS באופן דומה לזה שתואר בסעיף 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במקור יון צזיום ליצור קרן רציפה של 8 + יונים עיקריים ק ו Cs כדי גמגום פני השטח במהלךnd לאחר נחיתה רכה יון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנצל את מקור ESI מוצב ב90 ° לכיוון ציר הכלי העיקרי ליצירת יונים לנחיתה רכה. להתמקד היונים דרך 90 ° כיפוף quadrupole 120. הערה: שים לב גיאומטריה מכשיר זה מאפשרת נחיתה רכה בו זמנית של רו 3 + 2 ושידור של אלומת היונים העיקרית Cs + אל פני השטח ובכך מאפשרים הניטור של תהליך הנחיתה הרך במהלך ואחרי בתצהיר יון (bpy). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלכודת ולנתח את היונים משני נפלטו מהמשטח באמצעות FT-ICR-MS. הערה: להעסיק תנאים סטטיים SIMS המקביל לשטף יונים כולל של כ 10 10 יונים / 2 סנטימטר (4 Na הנוכחי, משך 80 μsec, קוטר נקודה 4.6 מ&quot;מ, 10 יריות לספקטרום, ~ 200 נקודות נתונים) עבור ניסויים אלה שיימשכו כ -7 שעות. ממוצע בכל ספקטרום SIMS מעל 10 יריות המתאימות לזמן רכישת ~ 10 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רוכשת את נתוני קינטיקה על ידי דגימת surfa SAMלסה&quot;נ כל 4 דקות לכ -7 שעות במהלך ולאחר בתצהיר יון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע רכישת נתונים ושליטה מכשיר באמצעות מערכת בקרת נתונים מודולרי אוטומטית מתוארת בספרות 121. </li></ol> 5. ניתוח על ידי באתרו IRRAS במהלך ואחרי נחיתה רכה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את SAM משטחים לניסויים עם במכשיר IRRAS אתרו באופן דומה לזה שתואר בסעיף 1 הערה:. שים לב שההבדל הגדול ביותר עם ​​תוצאות מכשיר IRRAS מהמיקום המדויק של פני השטח עם Z-מתורגמן שהוא יש צורך לאתר את המצע בנקודת המראות פרבוליות המוקד ועולים בקנה אחד עם הקורה של יונים. מקסם את החפיפה בין קרן אינפרא אדומה ואת המקום של יונים שהופקדו על פני השטח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע את ניסויי IRRAS בגיאומטרית מרעה-שכיחות העסקת ספקטרומטר FTIR מצויד בחנקן נוזלי מקורר כספית קדמיום טלוריד-(MCTגלאי). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנצל מראה שטוח מצופה זהב כדי לכוון את האור ביציאה מספקטרומטר FTIR על מראה זהב פרבוליות. לשקף את האור מהמראה parabolic דרך מקטב רשת תיל אמצע אינפרא אדום ולתוך תא הוואקום דרך אשנב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכוון את אור אינפרא אדום מספקטרומטר על גבי משטח COOH-SAM ממוקם בתוך תא הוואקום. הערה: תא הוואקום מתקיים בלחץ של 10 -5 טור במהלך נחיתה רכה יון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את SAM רעיוני על משטח זהב בתוך תא הוואקום בנקודת מראת parabolic הראשונה באמצעות Z-מתורגמן המונע באמצעות מנוע המוקד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקף את אור IR כניסה לתא הוואקום מפני שטח של SAM ומתוך החדר דרך אשנב שני. להשתמש במראה זהב parabolic שני להתמקד האור המוחזר מהמשטח על גלאי MCT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טהר את המסלול של קרן IR החיצוני של תא הוואקום עם N 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Acספקטרום מקהלה במרווחי זמן קבוע במהלך בתצהיר. </li></ol>

יש המחברים אין לחשוף.

נחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים בדרך כלל נערכה העסקת מכשור שהותקן ייחודי שקיים במספר מעבדות ברחבי העולם שמצוידות במיוחד עבור ניסויים אלו. שינויים כל הזמן נעשים למכשירים אלה כדי להקל על היינון של מגוון רחב יותר של תרכובות, כדי להשיג זרמי יון גדולים יותר ופעמים בתצהיר קצרות יותר, זמנית נחיתה רכה, ובכך להשיג תצהיר בו זמני של מספר מינים במקומות שונים על פני השטח, וכדי לאפשר בחירה מדויקת יותר של יונים על ידי שני יחס מסה למטען וניידות יון לפני בתצהיר. באופן דומה, הרכב שמשתנה כל הזמן שיטות אפיון מתבצע בשילוב עם מכשור נחיתה רך יון לאפשר בניתוח באתרו של חומר שהונח. למרות הבדלים אלה בין מכשירים בודדים, אחת הבעיות הנפוצות ביותר נתקלו בניסויי נחיתה רכים הוא חוסר היכולתמסלול אלומה מספיק חזקה ויציבה של יונים שנבחרו המוניים מהאזור המקורי של המכשיר אל פני השטח. זה יכול לנבוע מיעילות יינון עני במקור, מותאם בצורה לא נכונה, כי מתחים לנווט את היונים דרך המכשיר, ומגע חשמלי לקוי בין פני השטח ואלקטרומטר משמש למדידת הזרם של יונים נחתו רכים. במצבים בעייתיים כגון, אלומת היונים עשויה להיות מנותבת דרך המכשיר באופן ידני על ידי מיקסום ראשון יון הנוכחי נמדדו בשלב המוקדם של המכשיר ולאחר מכן באופן שיטתי אופטימיזציה הנוכחית נמדד בכל אופטי עוקב לאורך כולל נתיב הקרן. בעיות נפוצות נתקלו במהלך ניתוח באתרו של חומרים נחתו רכים כוללות אותות רקע גדולים ממולקולות מזהמים כגון פחמימנים adventitious. מסיבה זו היא קריטי, כי המשטחים שהוכנו בקפידה וreproducibly לפני כל ניסוי נחיתה רך. כךנחיתת רגל של יונים שנבחר במסה ניתן להשתמש כדי להכין את המשטחים מאוד מוגדרים היטב לניתוח שלאחר מכן על ידי באתר SIMS וספקטרוסקופיה IRRAS כמו גם שורה של שיטות מיקרוסקופיה באתרו לשעבר וספקטרוסקופיה נוספות 6 כולה. בחירה המונית מציעה שליטה מדויקת את ההרכב המולקולרי ומדינת תשלום יונית של חומרים נחתו רכים. יתר על כן, ניקיון משטח חסר תקדים הוא בר השגה עם נחיתה רכה יון כי מזהמים נפוצים כגון מולקולות ניטרליות, counterions וממס שנמצאים בפתרון יוסרו מן אלומת היונים לפני בתצהיר כך שרק היונים שנבחרו ההמוניים מועברים למצע תחת תנאי ואקום סטרילי. הכיסוי של יונים על פני השטח יכול להיות מבוקר בקפידה על ידי ניטור השוטף של יונים נחתו רכים ומשתנה לאורכו של התצהיר בהתאם. האנרגיה הקינטית של היונים עשויה להיות מופחתת כדי להשיג תנאי נחיתה רכים או מוגבר כדי לקדם להגיבאייב נחיתה באמצעות קשר קוולנטי היווצרות 14 או &quot;מצמיד&quot; של יונים לתוך השטח 22. באתר TOF-SIMS, בהשוואה לטכניקת FT-ICR-SIMS האחר, מאופיין בדרך כלל על ידי רגישות רבה יותר, טווח דינמי גדול יותר, פחות פיצול של יונים משני גמגם, ופחות תגובות של חומר ירק בפלומה של יונים משני. הטווח הדינמי הגדול יותר ורגישות גבוהה יותר של TOF-SIMS לאפשר זיהוי של מינים נמוך שפע המיוצרים על ידי נחיתה רכה יון על גבי משטחים. שימוש באתר TOF-SIMS אפשר לזהות adducts שנוצרים בין יונים רכים נחתו ומולקולות בודדות על משטחי שכבה. בנוסף, באתר TOF-SIMS ממחיש כי יוני undercoordinated שהוכנו על ידי ניתוק הנגרם התנגשות שלב גז עשויים להיות פעילים יותר לקראת קיבוע משטח מאשר יוני ligated באופן מלא. יצוין, כי יונים של מתכות undercoordinated אלה לא קיימים בהשלב דואר פתרון, ולכן מייצג מיני רומן הוכנו באמצעות היכולות של מכשור הנחיתה הרך וזוהו באמצעות TOF-SIMS. עוד יכולת חזקה של מכשיר TOF-SIMS האתר בהיא היכולת לחשוף את המשטחים ללחצים מבוקרים של גזי תגובה ולאחר מכן לנתח את שינויים בהרכב פני השטח בלי לשבור ואקום. באתר FT-ICR-SIMS, בעוד שבדרך כלל פחות רגיש ונוטה לתשואות גבוהות יותר במידה מה של יונים שבר ומוצרים של תגובות יון מולקולת גז שלב מאשר TOF-SIMS, מציע יכולת נוספת של להיות מסוגל לפקח על הרכב פני השטח במהלך ואחרי נחיתה רכה על פני תקופה של מספר שעות. מידע זה הוא קריטי להבנת תהליכים כגון הפחתת תשלום וdesorption של יונים מהשטח. לדוגמא, המכשיר הזה כבר השתמש בעבר כדי לעקוב אחר מקום לקיחת הכימיה חיזור בין שני יונים שוניםרך נחת על אותו סאמס 80. בנוסף, קינטיקה הפחתת תשלום וdesorption של יוני פפטיד protonated מתרבים גם נחקרה באמצעות מכשיר זה והנתונים היו מוחל לייצר מודל הקינטית המתאר את האבולוציה של מינים טעונים שונים על פני השטח של סוללות נ&quot;מ לאורך זמן. העסקת בIRRAS אתרו, מידע מבני על יונים נחתו על משטחים רכים ניתן לקבל כדי לוודא שהיונים שומרים על שלמותם במהלך תהליך הדחה. זו מושגת על ידי השוואת ספקטרום אינפרא אדום המדוד של יונים על משטחים עם ספקטרום קודם שהושגו על ידי ספקטרוסקופית אינפרא אדום בשלב שלב גז ופתרון, כמו גם ספקטרום IR מחושב באמצעות מודלים תיאורטיים. על ידי השוואת מידע מבני ידוע זה עם תכונות רטט נמדדו של הדגימות שהופקדו, שינויים במבני שלב הגז יכולים להיות מזוהים. בנוסף, תובנה אינטראקציות יון פני השטח יכולה להיות כמוcertained מההתבוננות בתכונות רטט שהעלייה בעוצמת במהלך נחיתה רכה. כגון תצפית עולה בקנה אחד עם הקמתה של אגרות חוב חדשים על פני השטח. ברוח דומה, תכונות רטט שתקטנה בתהליך הנחיתה הרך עשויה להצביע על תגובות שבירת אג&quot;ח. ההכנה מבוקרת של סרטים דקים טוהר גבוה על משטחים היא הכרחית עבור מגוון רחב של יישומים בתחומי מדע וmicrofabrication 124 חומרים. נכון לעכשיו, שיטה פופולרית לעריכת סרטים אורגניים דקים וממשקים אורגניים אורגניים היברידיים היא בתצהיר שכבה מולקולרי (MLD) שתלוי בתגובות interfacial הגבלה עצמית המתרחשות בין מולקולות והמשטחים 125,126. MLD מאפשר מידה רבה של שליטה על התהליך בתצהיר, ולכן, בדרך כלל מייצר סרטים באיכות גבוהה יותר על משטחים מאשר שיטות פתרון שלב 127. עם זאת, למרות comme הנרחבשימוש rcial של MLD, טכניקה זו ידועה סובלת מכמה מגבלות עיקריות שנסקרו בפרסום האחרון 128. והכי חשוב, בשל העובדה שMLD מסתמך על תצהיר של מולקולות ניטרליות מהגז בשלב זה מוגבל למגיבים יציבים תרמית שיש לחץ אדים מספיק כדי להניב שיעורים בתצהיר יעילים מבלי לגרום השפלה תרמית של המתחם. מגבלה נוספת של MLD נובעת מהעובדה שתגובתיות של מולקולות עם תומך מוצק עשויה להיות מופחתת באופן משמעותי בהעדר הממס. נחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים על גבי משטחים מתגברת על המגבלות גדולות האלה של MLD. ראשית, electrospray העסקת יינון העדין עשוי להפיק יונים של מולקולות תרמית יציבה גדולות שיש תנודתיות נמוכה מאוד ללא גרימת פיצול או השפלה. בנוסף, מקורות יון שאינו תרמיים עשויים לשמש כדי ליצור מגוון של אשכולות הומוגניים או הטרוגנית וחלקיקים שאינם רגישים לTHERMAvolatilization ליטר. יתר על כן, יונים עשויים להיות מואצים לפני בתצהיר לאנרגיה הקינטית הדרושה כדי להתגבר על כל חסמים פוטנציאליים הקשורים עם תגובות interfacial. נחיתה רכה של יונים שנבחר במסה הוא מתאים במיוחד גם לחוסר התנועה המבוקר של מולקולות מורכבות, אשכולות, וחלקיקים על מצעים. עם זאת, הכנה בקנה מידה המסחרית של חומרים עם טכניקה זו היא מוגבלת בשל העובדה שזרמי יון הטיפוסיים שהושגו עם ESI כמה סדרי הגודל נמוכים יותר מאשר אלו שנמצאים כיום בשימוש בשיטות מיקרו וnanofabrication קיימים. המשך הפיתוח של מקורות בהירים שידור גבוה ESI 129-131, מתח גבוה ומקורות שיעור החזרה מהיר פעמו לייזר 25,132 ומקורות רציפים המבוססים על DC וmagnetron RF המקרטעת 43,65,133-135 הוא תנאי חיוני למעבר נחיתה רכה מכלי רב עוצמה במדע בסיסי לגישה מעשיתלmicrofabrication. בעתיד, שילוב של נחיתה רכה עם הפרדה ניידות יון 113 יאפשר שליטה מדויקת של שניהם הראשיים והמבנה המשני של יונים מורכבים, וזה חשוב גם ליישומים מעשיים, כמו גם עבור חוקר את ההשפעה של משטחים שונים על המבנה המשני של יונים משותקים. יתר על כן, את היכולות הייחודיות של מכשור נחיתה רך ישמשו לתפעל מולקולות בשלב הגז, או באמצעות פיצול collisional או תגובות יון מולקולה, כדי ליצור מינים חדשים שאינם בר השגה באמצעות סינתזה בתמיסה.

נחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים על גבי משטחים נשארה נושא להתעניינות מחקר הנוכחי בשל היכולות המוכחות של הטכניקה להכנה מבוקרת ביותר של חומרים חדשים 1-6. מאמצים שנעשו לאחרונה הצביעו על יישומים אפשריים בעתיד של נחיתה הרכה של יונים שנבחרו המוניים בהכנת מערכי פפטיד וחלבונים לשימוש בתפוקה גבוהה הקרנה ביולוגית 7,8, הפרדת חלבונים והעשרת קונפורמציה של פפטידים 9-12, קובץ מצורף קוולנטיים של פפטידים למשטחים 9,10,13,14, העשרת כיראליות של תרכובות אורגניות 15, אפיון אלקטרוכימי של חלבוני חיזור פעיל ספציפיים 16-18, הפקת סרטים מולקולריים דקים 19,20, עיבוד של מקרומולקולות כגון גרפן 21 והכנת המודל מערכות זרז דרך נחיתה רכה של אשכולות יוניים 22-39, חלקיקי 40-48 ושיתוף אורגנומתכתיתmplexes על חומרי תמיכה 19,49-56. הרעיון של שינוי משטחים דרך נחיתה רכה של יוני polyatomic בתחילה הוצע על ידי טבחים ועמיתים לעבודה בשנת 1977 57. בשנים שלאחר מכן במגוון רחב של גישות אינסטרומנטלי פותחו עבור בתצהיר המבוקר של יונים שנבחרו המוניים מהגז שלב על גבי משטחי 1,4,5. הופקו יונים באמצעות תהליכים כגון יינון electrospray (ESI) 10,58,59, DESORPTION / יינון לייזר בסיוע מטריקס (MALDI) 21, יינון השפעת האלקטרונים (EI) 60,61, הפרשות קשת פעמו 62, עיבוי גז אינרטי 36 , 63, magnetron המקרטעת 64,65, ו25,66,67 אידוי בלייזר. בחירה המונית של יוני שלב הגז לפני נחיתה רכה הושגה בעיקר העסקת מסנני quadrupole המוני 58,68,69, התקנים מגנטיים סטיה 70, ומכשירי מלכודת היונים יניארי 8,59. במיוחד נוטהמראש ble במתודולוגיה נחיתה רכה יון התרחש לאחרונה עם היישום המוצלח של נחיתת יונים הסביבה רכה ותגובתי על ידי טבחים ועמיתים לעבודה 71,72. שימוש בטכניקות אלה יינון ומסת בחירה שונות, האינטראקציות של hyperthermal (&lt;100 eV) יוני polyatomic עם משטחים נחקרו על מנת להבין טוב יותר את הגורמים המשפיעים על היעילות של נחיתה רכה יון והתהליכים המתחרים של פיזור תגובתי ובלתי כ גם משטח מושרה דיסוציאציה 4,73-75. הכנת זרזי מודל מוגדר היטב למטרות מחקר הייתה יישום פורה במיוחד של נחיתה הרכה של יונים שנבחרו המוניים 25,34,35,56,76-81. בטווח הגודל של אשכולות בקנה מידה ננומטרי, שבו התנהגות פיסיקלית וכימית אינה קנה מידה ליניארי עם גודל אשכול, זה כבר הוכיח כי התוספת או גריעה של אטומים בודדים או מאשכולות עשויה להשפיע באופן דרסטי התגובה הכימית EIR 82-84. תופעה בקנה מידה ננומטרי זה, הנובע מכליאה הקוונטית, הודגמה באופן משכנע על ידי Heiz ועמיתים לעבודה 85 לזרז מודל המורכב של אשכולות נחתו רכים של שמונה אטומי זהב (Au 8) הנתמכים על משטח MgO פגם עשיר. מספר מחקרים נוספים סיפקו ראיות של תגובתיות תלויה בגודל של אשכולות נתמכים על משטחי 34,77,86,87. יתר על כן, תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים ברזולוציה גבוהה מצביעות על כך שצבירים המכילים כמה כמו עשרה 88 וחמישים וחמישה 89 אטומים עשויים להיות אחראים במידה רבה לפעילות מעולה של זרזי זהב מסונתז בתפזורת נתמכת בתחמוצות ברזל. העסקת נחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים, אפשר להכין מערכים יציבים של אשכולות שנבחר גודל וחלקיקים שאינם מפעפעים ומצבר לתוך מבנים גדולים יותר על פני השטח של חומרי תמיכת 90-92. מחקרים קודמים אלו מצביעים על כך עם רציףing פיתוח, נחיתה רכה של אשכולות שנבחרו המוניים וחלקיקים עשויה להפוך לטכניקה תכליתית עבור היצירה של זרזים הטרוגניים מאוד פעילים המנצלים את הופעתה של ההתנהגות של מספר הגדול של אשכולות זהים וחלקיקים במערכים הרחיבו על משטחים. מערכות מאוד מוגדרים היטב אלה עשויות לשמש למטרות מחקר כדי להבין כיצד פרמטרים קריטיים כגון גודל אשכול, מורפולוגיה, הרכב יסודות ופעילות קטליטית השפעת כיסוי פני השטח, בררנות ועמידות. מתחמים אורגנומתכתית שמשמשים בדרך כלל בזרזים הומוגניים כפתרון בשלב גם עלולים להיות משותקים על משטחים דרך נחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים 56,80,81. מצרף מתחמי מתכת ליגנד יוניים לתומך מוצק כדי לייצר חומרים אורגניים אורגניים היברידיים הוא כיום אזור פעיל של מחקר בקהילות קטליזה ומדע שטח 93. המטרה הכללית היא להשיג גבוהסלקטיביות כלפי מוצר רצוי של מתחמי מתכת ליגנד פתרון שלב תוך הקלת הפרדה קלה יותר של מוצרים מזרזים ומגיבים שנותרו בתמיסה. באופן זה, משטח משותק מתחמים אורגנומתכתית לקצור את היתרונות של שני זרזים הומוגניים והטרוגניים. דרך בחירה של מצע מתאים ניתן לשמור או אפילו לשפר את הסביבה ליגנד האורגנית סביב מרכז המתכת הפעיל גם בעת השגת קיבוע משטח חזק 94. משטחי monolayer התאסף עצמיים (Sams) על זהב עשויים להסתיים עם מספר הקבוצות פונקציונליות שונות, ועל כן, מערכות אידיאלי כדי לחקור את ההיתכנות של קשירת מתחמים אורגנומתכתית למשטחים באמצעות נחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים 95. יתר על כן, שיטות יינון כגון יינון לחץ אטמוספרי desorption תרמית (APTDI) כבר הוכיחו בעבר להניב מתחמים אורגניים מעורבת מתכת שלב הגזשאינם נגישים באמצעות סינתזה בפתרון 96. ברוח דומה, סינתזה ויינון kinetically מוגבלות שאינו תרמיים טכניקות כגון magnetron המקרטעת 65, צבירת גז 63 ואידוי בלייזר 66 יכולות להיות גם בשילוב עם מכשור נחיתה רך יון לספק מסלול צדדי לאשכולות אורגניים רומן וחלקיקים הנתמכים על משטחים. כדי להתפתח נחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים לטכנולוגיה בשלה לעריכה של חומרים, זה קריטי, כי שיטות אנליטיות אינפורמטיבי להיות בשילוב עם מכשור נחיתה רך כדי לחקור את התכונות כימיות ופיזיות של משטחים לפני, במהלך ואחרי התצהיר של יונים. נכון להיום, מספר רב של טכניקות שיושמו למטרה זו כולל ספקטרומטריית משנית המוני יון (SIMS) 19,97-100, DESORPTION מתוכנת טמפרטורה ותגובה 50,52, DESORPTION לייזר ויינון 101, תגובת קרן מולקולרית פעם 102, ספקטרוסקופית אינפרא אדום (FTIR וראמאן) 98,103,104, ספקטרוסקופיה משטח משופר ראמאן 103,105, ספקטרוסקופיה ringdown החלל 106, רנטגן ספקטרוסקופיה Photoelectron 35,107, מיקרוסקופית מנהור הסורק 33,108-111, מיקרוסקופ כוח אטומי 112-114, ומיקרוסקופי אלקטרונים הילוכים 39. עם זאת, על מנת לאפיין באופן מדויק ביותר משטחים שהוכנו או שונו על ידי נחיתה רכה יון, זה קריטי, כי הניתוח יבוצע באתרו ללא חשיפה של המצע לסביבה במעבדה. ניתוחים קודמים שנערכו באתר סיפקו תובנה תופעות כגון ההפחתה של מטען היוני של יונים רכים נחתו לאורך זמן 37,38,115,116, desorption רך נחת יונים ממשטחים 52, את היעילות ואת התלות באנרגיה הקינטית של נחיתה תגובתי יון 14,81 , ואת השפעת הגודלעל הפעילות הקטליטית של אשכולות וחלקיקים שהופקדו על גבי משטחי 117. כדוגמא, במעבדה שלנו, יש לנו באופן שיטתי למדו קינטיקה הפחתת תשלום של פפטידים protonated על פני השטח של סאמס שונה 3. ניסויים אלה בוצעו עם מכשיר נחיתה רך ייחודי מצמידים את התמרת ספקטרומטר התהודה הציקלוטרון יון יונים משני המוני (FT-ICR-SIMS), המאפשר ניתוח באתרו של משטחים במהלך ואחרי נחיתה רכה של יונים 97. להרחיב על יכולות אנליטיות אלה, מכשיר אחר נבנה שמאפשרת באפיון אתר של יונים נחתו על משטחים רכים באמצעות IRRAS 104. טכניקת אינפרא אדום פני השטח רגיש זה מאפשרת היווצרות קשר ותהליכי הרס, כמו גם שינויי קונפורמציה ביונים מורכבים ושכבות פני השטח כדי להיות במעקב בזמן אמת במהלך ואחרי נחיתה רכה 12. לדוגמא, באמצעות IRRAS זה היההוכיח כי נחיתה רכה יון עשויה לשמש כדי לשתק קוולנטית פפטידים שנבחרו המוניים על N-hydroxysuccinimidyl אסתר פונקציונליות סאמס 13,14. בזאת, אנו ממחישים את היכולות של שלושה מכשירים שהותקן ייחודיים הממוקמים במעבדה הלאומית האמריקנית פסיפיק נורת&#39;ווסט המיועדות באתר TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS, וניתוח IRRAS של מצעים מיוצרים באמצעות נחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים על גבי משטחים. כמערכת נציג, אנו מציגים תוצאות לנחיתה רכה של נבחר המוני טריס רותניום אורגנומתכתית dications (bipyridine) [Ru (bpy) 3] 2 + על גבי חומצה קרבוקסילית הופסק סאמס (COOH-Sams) כדי להכין את מתחמים אורגנומתכתית משותקים. הוא הראה כי באתרו TOF-SIMS מציע את היתרונות של רגישות גבוהה מאוד וטווח דינמי הכולל גדול המאפשר זיהוי של מיני שפע נמוכים כולל ביניים תגובתי שעשויים להיות מראש בלבדנשלח לתקופות קצרות של זמן על המשטחים. TOF-SIMS גם מספק תובנות לגבי אופן הסרת יגנד מיון אורגנומתכתית בשלב הגז, לפני נחיתה רכה, משפיעה על יעילותה כלפי חוסר תנועה על משטחים והתגובה הכימית שלה לכיוון מולקולות גז. אפיון משלים שימוש באתר FT-ICR-SIMS מספק תובנות לגבי הפחתת תשלום, הנטרול וקינטיקה desorption של היונים טעונים כפליים על פני השטח ואילו באתר IRRAS בדיקות המבנה של ligands האורגני המקיף את מרכזי מתכת הטעונים, אשר עשוי להשפיע על תכונות אלקטרוניות ותגובתיות של היונים משותקים. ביחד, אנו מדגימים כיצד נחיתה רכה של יונים שנבחר במסה בשילוב עם ניתוח באתרו על ידי SIMS וIRRAS מספקת תובנה על יחסי הגומלין בין מינים ומשטחים שיש להם השלכות לטווח רחב של עשייה מדעית מוגדרים היטב.

<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

נחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים על גבי משטחים היא גישה רבת עוצמה לעריכה לשליטה מאוד של חומרים שאינם נגישים תוך שימוש בטכניקות סינתזה קונבנציונליות. צימוד נחיתה רכה עם באפיון אתר באמצעות ספקטרומטריית משנית המוני יון (SIMS) וספקטרוסקופית אינפרא אדום קליטת השתקפות (IRRAS) מאפשר ניתוח של משטחים מוגדרים היטב בתנאי ואקום נקיים. היכולות של שלושה מכשירים רך נחיתה נבנו במעבדה שלנו באות לידי ביטוי במערכת הנציג של organometallics מאוגד משטח שהוכנה על ידי נחיתה רכה של טריס רותניום נבחר המוני dications (bipyridine), [Ru (bpy) 3] 2 + (bpy = bipyridine), על חומצה קרבוקסילית הופסקה משטחי monolayer עצמי התאספו על זהב (COOH-Sams). באתרו (TOF הזמן של טיסה)-SIMS מספק תובנה על תגובתיות של היונים רכים נחתו. בנוסף, קינטיקה של הפחתת תשלום, נטרול ודהספיחה מתרחשת על COOH-SAM הן במהלך ואחרי נחיתה רכה יון נלמדות באמצעות בפורה באתרו להפוך תהודה הציקלוטרון יון מדידות (FT-ICR)-SIMS. בIRRAS אתר ניסויים לספק תובנות לגבי אופן שבו המבנה של ligands האורגני המקיף את מרכזי מתכת הוא מוטרד באמצעות קיבוע של יונים אורגנומתכתית על COOH-SAM משטחים על ידי נחיתה רכה. ביחד, שלושה המכשירים מספקים מידע משלים על ההרכב הכימי, תגובתיות והמבנה של מינים מוגדרים היטב נתמכים על משטחים.

1. חקירת תגובתיות של רו (bpy) 3 + 2 בCOOH-סאמס השימוש באתרו TOF-SIMS נחיתה רכה של יונים אורגנומתכתית נבחר המוניים על סאמס פונקציונליות באה לידי ביטוי הראשון באמצעות באתר TOF-SIMS לספק רגישות מקסימלית לזיהוי של adducts נוצר בין היונים שהופקדו והמולקולות בודדות בmonolayers כמו גם כל מוצרים של תגובות כימיות בעקבות חשיפה של המשטחים לגזי תגובה. Ru הטעון כפליים (bpy) 3 2 + יון שמקורו מפירוק והניתוק של טריס מוצק שלב (2,2 &#39;-bipyridyl) גבישי hexahydrate dichlororuthenium (II) במתנול. רו (bpy) 3 2 + מ &#39;/ z = 285 dication נבחר לניסויי נחיתה הרכים הנציג שתוארו במסמך זה יון הנפוץ ביותר שנוצר מיינון electrospray מהפתרון. Undercoordinated Ru (bpy) 2 2 + יוןים מוכן על ידי פיצול של ליגנד bipyridine אחד מכל ligated מלא Ru (bpy) 3 + 2 יון. זו נגרמת על ידי גז שלב ההתנגשות מושרה דיסוציאציה באזור quadrupole הראשון של מכשיר הנחיתה הרך שמוצג באופן סכמטי באיור 1. יון הנוכחי של כ 100 רשות ו60 הרשות הפלסטינית מופנה לCOOH-SAM משטחים ל30 ו45 דקות לRu 3 2 + ורו (bpy) 2 + 2, בהתאמה, המקביל לאספקה ​​כוללת של 5 x 10 11 יונים נבחרו המוניים למקום מעגלי כ -3 מ&quot;מ קוטר (bpy). האנרגיה הקינטית של היונים מתקרבים למשטח נקבעה על ידי התאמת הפוטנציאלים להחיל quadrupole ההתנגשות השני (ראה איור 1) ואת המשטח. האנרגיה הקינטית מוגדרת בסביבות 10 eV לכל תשלום עבור כל ניסויי הנחיתה הרכים נערכו באמצעות מנגנון TOF-SIMS האתר ב. בעקבות נחיתה רכה של 5 X10 Ru שלם 11 (bpy) 3 2 + יונים על פני השטח של COOH-SAM, מספר השיאים החדשים שלא להציג לפני בתצהיר הפך בולט בספקטרום TOF-SIMS. מעטפות איזוטופי המקבילות לשלמות רו (bpy) הטעון כפליים 3 2 + מ &#39;/ z = 285 וביחידים טעונים Ru (bpy) 3 + מ&#39; / z = 570 הם נצפו בעקבות נחיתה רכה של רו (bpy) 3 2 + על COOH- משטח SAM. השפע היחסי של מינים אלה מרמז כי הפחתה של המטען היוני של רו (bpy) 3 + 2 לרו (bpy) 3 + מתרחשים במהירות על פני השטח של COOH-SAM. עוד מעטפת איזוטופים היא נוכחת במ &#39;/ z = 414 אשר תואמים את הבר Ru (bpy) 2 +. 3 יון זה טעון ביחידים, הנובע מאובדן של ליגנד bipyridine אחד מהואשם ביחידים Ru (bpy) 3 +, הוא ככל הנראה נוצרו באמצעות ניתוק של רו (bpy)+ בזמן ניתוח על ידי TOF-SIMS. לעומת זאת, קשת TOF-SIMS הושגה בעקבות נחיתה רכה של הבר Ru (bpy) 2 2 + חסרים כל של פסגות האופייניות הקשורים למתחם שלם (כלומר Ru (bpy) 3 2 + או רו (bpy) 3 +) . והכי חשוב, לשיא מקביל לרו (bpy) adduct + 2-תיאול במ &#39;/ z = 700 הוא ציין שמצביע חזק מאוד מחייב בין היונים undercoordinated ואת פני השטח השכבה. הפסגות המתאימות למין זה מופיעים בהבלטה באיור 2 א. לאחר נחיתה רכה, משטחי COOH-SAM חשופים ללחצים מבוקרים של H או O 2 או 2 C 4 באזור בתצהיר של המכשיר כדי לבחון את התגובה הכימית של הקומפלקסים אורגנומתכתית המשותק. בעקבות חשיפת גז, המשטחים מנותחים שוב על ידי באתר TOF-SIMS.מוצג ב2b דמויות ו2c הם באתרו TOF-SIMS הספקטרום השיג חשיפה של COOH-SAM משטחים המכיל ישירות הבאה רך נחת Ru (bpy) 3 + 2 ורו (bpy) 2 2 + יונים לO 2 ו-C 2 H 4. כפי שנאמר בפסקה הקודמת, בעקבות נחיתה רכה של רו (bpy) 2/3 2 + על COOH-SAM משטחי הפצה איזוטופי המתאימה adduct אלקטרוסטטי נוצר בין היונים ומולקולות פני השטח הוא ציין. לאחר החשיפה של פני השטח ל10 -4 טור של O 2 במשך 30 דקות ספקטרום TOF-SIMS מצביע על כך שיש ירידה ברורה בשפע של שיא adduct במ &#39;/ z = 700 לוותה בגידול מקביל בשפע של שתי מעטפות איזוטופים חדשות במרכז ב &#39;/ z = 716.2 ו732.2. פסגות אלה עולים בקנה אחד עם התוספת של אטומי (O) ו( O 2) חמצן מולקולרילadduct המשטח אורגנומתכתית, בהתאמה. יתר על כן, adduct זה נראה מחומצן עם קרוב ל 50% יעילות המרה. לאחר החשיפה לO 2 וניתוח על ידי באתר TOF-SIMS המשטחים מוצבים בחזרה לאזור הנחיתה הרך של המכשיר ונחשפו ל10 -4 טור של 2 C H 4 ל30 דקות. בעקבות חשיפת הגז השנייה פני השטח הוא הועבר שוב לאזור SIMS של המכשיר לסיבוב נוסף של ניתוח אחר. בדיקה של ספקטרום TOF-SIMS בעקבות חשיפה ל2 C H 4 מצביעה על ירידה בשפע היחסי של adduct אורגנומתכתית מתחמצן ביחידים במ &#39;/ z = 716. תצפית זו עולה בקנה אחד עם אי חמצון של המתחם אורגנומתכתית המשותק בחשיפה לC 2 H 4. זה השערה הוא לגרום להיווצרות פחמימנים חמצון (C 2 H 4 O), אשר שוחררו לשלב הגז. לכן, through שילוב של נחיתה הרכה של יונים נבחרו המוניים וניתוח על ידי באתר TOF-SIMS זה אפשרי לבודד באופן סלקטיבי תרכובות אורגנומתכתית על משטחים ולבחון את התגובה שלהם לכיוון מולקולות גז. בנוסף, ההתנהגות של יוני undercoordinated שאינם נגישים בפתרון עשויה להיבחן. תכנית המתארת ​​את מה שהשיג למערכת נציג זה באמצעות השילוב של יון נחיתה רכה וניתוח על ידי באתר TOF-SIMS מוצג באיור 3. 2. לימוד שמירת הטעינה של רו (bpy) 3 + 2 בCOOH-סאמס השימוש באתרו FT-ICR-SIMS רכה נחיתה של יונים שנבחר גם מסה נערכה העסקת מכשיר שני, המאפשר ניתוח של המשטחים על ידי באתר FT-ICR-SIMS. גישה משלימה זו, המאפשרת ניתוח SIMS של המשטחים במהלך ואחרי נחיתה רכה של יוני, הוא מסוגלת לספק כל הפרטיםight לקינטיקה של הפחתת תשלום ונטרול כמו גם desorption של יונים שהופקדו על משטחים 115. זוהי טכניקה חזקה במיוחד בגלל השפע היחסי של מדינות מטען יוניות שונות על פני השטח יכול להיות במעקב על פני תקופות של מספר שעות. תוצאות עבור נציג Ru (bpy) 3 + 2 נחתו רך על גבי משטח COOH-SAM מוצגות באיור 4. במהלך נחיתה רכה Ru (bpy) הטעון כפליים 3 2 + יון מוצגים גידול ליניארי בשפע על פני השטח COOH-SAM . השפע נמדד מגיע למקסימום בסוף הנחיתה רכה ומלווה ברמה מורחבת על פני השטח COOH-SAM. זה מצביע על כך את פני השטח COOH-SAM הוא יעיל במיוחד בשמירה על מדינת תשלום יונית של היונים ללא פגע לאחר נחיתה רכה. רו (bpy) הואשם ביחידים 3 + יון גם מפגין עלייה ליניארית בשפע ביחס לזמן במהלך נחיתה רכה<html> . בסופו של נחיתה רכה, עם זאת, יון הטעון ביחידים יורד בשפע. השפע של יון הבר הטעון ביחידים כתוצאה מאובדן של ליגנד bipyridine אחד מRu (bpy) 3 + יוצר Ru (bpy) 2 + גם הוא מוצג באיור 4. יון זה מציג גידול ליניארי בשפע במהלך נחיתה רכה ואחריו ירידה בשפע בCOOH-SAM לאחר תום התצהיר. מכיוון שאנרגית הקשר של יוני לעליית פני השטח עם מדינת תשלום, סביר להניח שיונים הטעונים ביחידים לעבור desorption הקליל יותר מפני השטח בהשוואה ליונים הטעונים כפליים, אשר עולה בקנה אחד עם הירידה מהירה יותר של יונים טעונים ביחידים נצפה במחקר זה. נחיתה רכה בשילוב עם באתר FT-ICR-SIMS היא, אם כן, טכניקה רבת עוצמה לחקר תהליכים כגון הפחתת תשלום, נטרול וdesorption של יונים שהופקדו על משטחים. ove_title &quot;&gt; 3. גשוש התכונות מבניות של רו (bpy) 3 + 2 בCOOH-סאמס העסקת באתרו IRRAS המכשיר השלישי המשמש לאפיון יונים-נחת רכים הוא מסוגל לקבל ספקטרום תדרים של רו (bpy) 3 2 + היונים בCOOH-סאמס בנוסף לאיתור שינויים על פני השטח כימי שונה עקב אינטראקציות יון פני השטח. מכשיר זה הוא חזק במיוחד כי זה מודד את השינויים בתכונות הרטט של פני השטח במהלך ואחרי נחיתה רכה. לכן, שפע של מידע מבני בנוגע ליונים נחתו רך ניתן לקבל באמצעות כלי זה, ובלבד שרמות משנה monolayer של יונים שהופקדו ושהמעבר רגעי דיפול של רך נחתו יונים מיושרים לטובה ובעלי עוצמה מספקת כדי לקיים אינטראקציה עם אירוע מקוטב IR פוטונים על פני השטח. ספקטרום האינפרה אדום שהושג בעקבות אנדי הרךng של 5 x 10 12 Ru (bpy) 3 2 + יונים על פני השטח COOH-SAM מוצגים באיור 5. נציין כי בגלל ספקטרום IR של COOH-SAM החשוף שימש כספקטרום רקע, התכונות שנצפו הבאות בתצהיר יון מקורן אך ורק ממצבי הרטט של יונים-נחת הרכים. תשע תכונות רטט מצוינים בכוכבית בספקטרום IR חתימות ספקטרוסקופיות ייחודיות כמו של רו (bpy) 3 + 2. תכונות IR אלה הן בהסכם טוב עם ערכים שהוקצו בעבר ליון אורגנומתכתית זה 122,123. מתוך תדרי רטט נצפו, CC מתיחה (1,606; 1,570; 1,042 -1 סנטימטר) וCCH כיפוף (1,466; 1,450; 1,420; 1,257; 1,186 -1 סנטימטר) להקות כמו גם את חתימת האינפרא אדום של מתיחת CN ב1,549 -1 סנטימטר מוקצה כמאפיינים ייחודיים של המבנה המולקולרי של רו (bpy) 3 + 2. בעת ביצוע יוןניסויי נחיתה רכים, רצוי לאפיין את פני השטח תוך שימוש בטכניקות ספקטרוסקופיה כדי לאשר את זהותם של המינים שהופקדו ולהשיג תובנות שינויים אפשריים במבנה שעשוי להיגרם כתוצאה מאינטראקציות יון פני השטח. לשם כך, באתר IRRAS מכשיר נחיתה רך מוכיח להיות משאב יקר ערך שתורם למידע הרחב יותר שנאסף על המערכת של עניין באמצעות TOF וFT-ICR-SIMS. <img alt="איור 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51344/51344fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51344/51344fig1.jpg" width="500px" /> . איור 1 איור סכמטי של המכשיר בתצהיר יון מצמידים TOF-SIMS: אני, באזור יון משפך (7 x 10 -1 טור). השני, אזור quadrupole התנגשות (1 x 10 -1 טור). שלישי, בחירה המונית ואזור התמקדות (2 x 10 -4 טור). IV, בתצהיר מחדשגיון (1 x 10 -6 טור). (1) נימים מחוממות, (2) משפך יון אלקטרומגנטים, (3) מגבלת המוליכות הראשונות, (4) quadrupole ההתנגשות הראשון, (5) מגבלת מוליכות השניה, quadrupole (6) פתרון, (7) 2 עדשות התמקדות, (8) quadrupole ההתנגשות השני, (9) מגבלת מוליכות שלישית, עדשה (10) Einzel, (11) quadrupole נדר, (12) שתי עדשות Einzel, (13) פלטפורמת יעד, (14) משטח הר, (15) מתרגמים מגנטיים. נתון זה שונה מ[ הכימיה אנליטית 2010, 82 (13), 5718-5,727]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51344/51344fig1highres.jpg" target="_blank">לחצו כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51344/51344fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51344/51344fig2.jpg" width="500px" /> איור 2. ספקטרום TOF-SIMS (מ &#39;/ z 690-740). שהושג) לאחר masבתצהיר של-הנבחר של Ru 2 2 + 3 2 + (אדום) (שחור) וRu (bpy) (bpy) על פני השטח של COOH-SAM, ב) לאחר החשיפה לO 2 ו ג) לאחר חשיפה ל2 C H 4. נתון זה שונה מ[ הכימיה-Journal האירופי 2010, 16 (48), 14,433-14,438]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51344/51344fig2highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51344/51344fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51344/51344fig3.jpg" width="500px" /> איור 3. ייצוג סכמטי של חוסר התנועה של רו (bpy) 2 + 2 בCOOH-SAM משטחים באמצעות יגנד גז שלב הפשטה ונחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים. נתון זה שונה מ[ כימיה-EuropEAN ז&#39;ורנל 2010, 16 (48), 14,433-14,438]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51344/51344fig3highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51344/51344fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51344/51344fig4.jpg" width="500px" /> איור 4. FT-ICR Sims חלקות קינטית. מתקבל עבור Ru 3 2 + (m / z = 285, ריבועים שחורים), רו (bpy) 3 + (m / z = 570 משולשים, כחולים) ורו (bpy (bpy) ) 2 + (m / z = 414 נקודות, אדום) בעקבות נחיתה רכה של רו (bpy) 3 2 + על גבי משטח COOH-SAM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51344/51344fig4highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 5" fo:conאוהל-width = &quot;5in&quot; עבור: רוחב src = &quot;/ files/ftp_upload/51344/51344fig5highres.jpg&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/51344/51344fig5.jpg&quot; = /&gt; &quot;500px&quot; איור 5. IRRAS ספקטרום של ~ 5 x 10 12 Ru (bpy) 3 2 יונים + נחתו רך על פני השטח של COOH-SAM. תכונות רטט הגדולות שהוקצו לרו (bpy) 3 + 2 מסומנות בכוכבית. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51344/51344fig5highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג תמונה גדולה יותר.</a>

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

נחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים על גבי משטחים היא גישה רבת עוצמה לעריכה לשליטה מאוד של חומרים חדשים. בשילוב עם ניתוח על ידי בספקטרומטריית האתר משנית המונית יון (SIMS) וספקטרוסקופיה קליטת השתקפות אינפרא אדום (IRRAS), נחיתה רכה מספקת תובנות חסרות תקדים לתוך האינטראקציות של מינים מוגדרים היטב עם משטחים.

בSIMS אתרו וIR ספקטרוסקופיה של משטחים מוגדרים היטב הוכן על ידי רכה נחיתה של יונים המוניים שנבחרו

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

Google

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.  נחיתה רכה של יונים שנבחרו המוניים על גבי משטחים היא גישה רבת עוצמה לעריכה לשליטה מאוד של חומרים חדשים. בשילוב עם ניתוח על ידי בספקטרומטריית האתר משנית המונית יון (SIMS) וספקטרוסקופיה קליטת השתקפות אינפרא אדום (IRRAS), נחיתה רכה מספקת תובנות...

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.

מדידת אלקטרוכימיות הדינמית של יוני כלוריד

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.

באפיון באתרו של חלבונים מימה במים על ידי Salvi ו TOF-SIMS

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.

טיו<sub&gt; 2</sub&gt; מיקרוסכמות זכוכית החלולה מצופית עם מאפיינים הידרופוביים ו- High IR-רעיוניים מסונתז על ידי שיטת Soft-כימיה

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.

בחיי עיר אפיון Biofilms MR1 Shewanella oneidensis על ידי SALVI וסימס תוף

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.

ייצור ובדיקה של Aerogels קטליטי להכין אותה באמצעות מיצוי דודי סופר מהיר

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.

שיפור האות Nanoprobe מהירה על ידי באתרו בתוך Nanoparticle זהב סינתזה

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.

אלקטרודה הפניה Lithiated באתרו: אלקטרודה ארבע עיצוב עבור ספקטרוסקופיה עכבה בבית-operando

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.

זיהוי רגיש היסודות של הכימיה בסוללות דרך בליעה רכה רנטגן, רנטגן פלסטית תהודה פיזור

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.

הצטברות וניתוח של Cuprous יונים בסולפט נחושת ציפוי פתרון

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.