Name: photoelectron imaging of anions illustrated by 310 nm detachment of f−
Uploaded: 2018-07-27T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min 53 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Photoelectron Imaging of Anions Illustrated by 310 Nm Detachment of Fâˆ' at JoVE.com

Questo materiale si basa su lavori sostenuta dalla National Science Foundation sotto CHE - 1566157

Nota: Un protocollo sperimentale generale è presentato qui, specifico per lo strumento WUSTL. Impostazioni dello strumento specifico per l'immagine− F presentato in Figura 4a possono essere trovate nella tabella 1-2.
1. ion generazione
<ol><li>Per generare anioni, applicare una protezione gas o miscela di gas (per F−, 40 psig. di O2) dietro l'ugello pulsata e operare l'ugello a 10 Hz.<ol>
<li>Impostare la durata dell'ugello di generatore di ritardo digitale 1 (DDG1), canale A (A1) e attivare il driver pulsata ugello per iniettare il gas di scarico.</li>
		<li>Applicare un impulso di scarico ad alta tensione V1. I tempi e la durata dell'impulso sono controllati dal canale C (C1) su DDG1.</li>
		<li>Come la fuga di gas2 O può portare a rischio di incendio maggiore laboratorio, assicurarsi che tutte le linee di gas siano tenuta stagna. Dato che le pressioni del gas alta possono portare al fallimento delle linee gas, assicurarsi che la pressione è mantenuta sotto pressione massima di esercizio. Assicurarsi che alimentatori siano correttamente a terra e spento quando i cavi vengono collegati o rimossi.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. ion estrazione, separazione e rilevamento
<ol><li>Per estrarre gli anioni dall'origine, è necessario applicare un impulso di estrazione ad alta tensione (V2) alla piastra di estrazione di ioni.<ol>
<li>Impostare i tempi e la durata dell'impulso di estrazione di ioni utilizzando DDG1 canale D (D1).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Per monitorare lo spettro di massa dell'anione, mettere lo strumento in modalità ioni.<ol>
<li>Collegare il divisore di tensione del rivelatore al rivelatore imaging MCPs.</li>
		<li>Applicare tensione V11 verso l'anodo del rivelatore (schermo di fosforo).</li>
		<li>Collegare l'uscita di partitore di tensione rivelatore di ioni all'ingresso del canale 1 dell'oscilloscopio.</li>
		<li>Collegare l'alimentatore di MCP all'ingresso del partitore di tensione e gradualmente aumentare la tensione. Una tensione di ingresso V9 fornisce V7 sul lato di ingresso e V8 al lato di uscita del MCP. Attenzione: Non superare la massima tensione ammessa per MCPs.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Separare gli anioni da TOF-MS.<ol>
<li>Impostare la tensione di accelerazione dello stack V3.</li>
		<li>Utilizzando il canale di DDG1 E (E1), impostare i tempi e la durata per l'impulso di alta tensione interruttore potenziali (V3).</li>
		<li>Esternamente innescare l'oscilloscopio da DDG1 canale F (F1) per impostare la scala di tempo TOF-MS.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Regolare la mandata ed estrazione impulso magnitudini (V1-V2), scarico, estrazione, interruttore potenziali e ugello tempi e durata attraverso canali A-E il DDG1 per produrre ioni segnale sull'oscilloscopio.</li>
</ol>3. ione resa e ottimizzazione di risoluzione.
Nota: Punti 3.1 e 3.2 devono essere ripetute in modo iterativo per ottenere il rendimento ottima di risoluzione e ioni. (Tabelle 1-2 Visualizza le impostazioni utilizzate per generare l'immagine− F mostrato nella sezione risultati).
<ol><li>Per ottimizzare il numero di anioni di una data specie, regolare le impostazioni dell'origine dello ione.<ol>
<li>Regolare la pressione del gas2 O dietro l'ugello utilizzando il regolatore sulla bombola del gas.</li>
		<li>Regolare la durata dell'ugello pulsata di funzionamento (A1).</li>
		<li>Regolare l'ampiezza della tensione di impulso di scarico (V1).</li>
		<li>Regolare la temporizzazione e la durata della tensione di impulso (C1).</li>
		<li>Regolare il tempo e la durata dell'impulso di estrazione di ioni (D1).</li>
		<li>Regolare la durata che l'interruttore potenziale è ad alta tensione (E1).</li>
		<li>Regolare la tensione su un elemento centrale della lente di einzel (V4). I picchi di ioni sull'oscilloscopio dovrebbero aumentare di intensità. Attenzione: Assicurarsi di O2 pressione è mantenuto sotto pressione massima di esercizio.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Regolare le impostazioni di TOF-MS per ottimizzare la separazione spettrale di massa ad alta risoluzione e ioni<ol>
<li>Regolare la tensione di estrazione di ioni (V2) per raggiungere Wiley-McLaren messa a fuoco. Dovrebbero ridurre i picchi di ioni sull'oscilloscopio.</li>
		<li>Regolare la tensione di accelerazione dello stack V3.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. fotoelettronica produzione e rilevazione
<ol><li>Passare lo spettrometro per la modalità di imaging.<ol>
<li>Ridurre la tensione applicata per il divisore di tensione del rivelatore di ioni (V9) a zero.</li>
		<li>I circuiti integrati multichip, staccare il divisore di tensione del rivelatore di ioni.</li>
		<li>Collegare il MCP e alimentatori per l'impulso di alta tensione imaging di imaging.</li>
		<li>Collegare l'imaging impulso di alta tensione per i circuiti integrati multichip imaging</li>
	</ol>
</li>
	<li>Applicare una tensione permanente a schermo al fosforo (V11) e MCPs (V9).</li>
	<li>Sincronizzare l'ora di arrivo degli impulsi laser del laser di tintura di nanosecondi (ns) con l'orario di arrivo dello ione di interesse all'interno della lente VMI.<ol>
<li>Collegare il fotodiodo veloce a oscilloscopio canale 2.</li>
		<li>Innescare esternamente il ND: YAG laser flash lampade e Q switch utilizzando canali DDG2 H (H2) e G (G2). Regolare i tempi del trigger laser (H2) fino a quando l'uscita di fotodiodo è vicino a ma precede il segnale di ioni di interesse.</li>
		<li>Applicare tensione per l'imaging repeller (V5) ed elettrodi estrattore (V6).</li>
		<li>Impostare la fotocamera in esposizione lunga e regolare il grilletto laser temporizzazione (H2) per massimizzare il numero di eventi di rilevamento dell'elettrone osservato sullo schermo del PC. Attenzione: Radiazione laser di classe IV danneggia permanentemente vista. Indossare appropriati occhiali protettivi. Non guardare direttamente nel raggio anche indossando occhiali protettivi. Evitare riflessi speculari.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Applicare un impulso di alta tensione per il MCP in coincidenza con l'arrivo dell'impulso del fotone per amplificare il segnale di elettroni all'interno della finestra di produzione fotoelettronica.<ol>
<li>Impostare la tensione di impulso imaging (V10).</li>
		<li>Impostare l'imaging impulso tempi e durata utilizzando DDG2 canale F (F2), tale che l'impulso di imaging è centrato sull'orario di arrivo dell'impulso del fotone.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. immagine messa a fuoco
<ol><li>Impostare la fotocamera in breve esposizione.<ol>
<li>Attivare la videocamera CCD ad aprire all'inizio di un ciclo sperimentale utilizzando il canale di DDG2 E (E2).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Raccogliere un'immagine di sfondo-sottratto<ol>
<li>Raccogliere diversi frame con impulso laser coincida con l'anione di interesse.</li>
		<li>Raccogliere diversi frame con l'impulso del laser non coincidente con qualsiasi anione.</li>
		<li>Sottrarre i fotogrammi raccolti al largo coincidenza dai fotogrammi raccolti sulla coincidenza.</li>
		<li>Ripetere il punto 5.2 e accumulare un'immagine.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Regolare l'imaging repeller (V5) e tensioni di elettrodo di estrazione (V6). Generare una nuova immagine ripetendo il passaggio 5.2. La migliore condizione di messa a fuoco avviene quando le caratteristiche di immagine sono al loro più stretto.</li>
</ol>6. immagine collezione
<ol><li>Con la fotocamera in modalità di esposizione breve, passare alla collezione centroided.</li>
	<li>Ripetere il passaggio 5.2 alla condizione ottimale di messa a fuoco ad accumulare un'immagine a risoluzione sub-pixel.</li>
</ol>7. dati estrazione
Nota: Le manipolazioni di dati eseguite in questa sezione vengono eseguite utilizzando programmi specificamente scritti nella piattaforma MatLab.
<ol><li>Individuare il centro dell'immagine determinando il centro di massa (intensità) dell'immagine, utilizzando la simmetria intrinseca dell'immagine per trovare il centro dell'inversione, o (nel caso di segnale basso rumore) in modo iterativo riducendo al minimo la larghezza delle transizioni nello spettro selezionando diversi centri prova.<ol>
<li>Abel inversa trasformare l'immagine per recuperare la distribuzione di velocità 3D.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Generare gli spettri fotoelettronica<ol>
<li>Integrare l'intensità come funzione dell'angolo per tutti i raggi (questo è lo spettro in radiale e quindi dominio slancio o velocità). In pratica, ciò si ottiene per sommatoria sopra tutti i raggi. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57989/57989eq01v2.jpg"> dove I(r) è l'intensità radiale e I(r,θ) è l'intensità al punto r, θ.</li>
		<li>Calibrare lo spettro per energia cinetica dell'elettrone dal confronto con un'immagine registrata nelle stesse condizioni con transizioni di eBE noto. eKE = eKEcal × (r/rcal)2 dove eKEref è l'energia cinetica di una transizione nota nello spettro di riferimento, rRif è il raggio dell'anello nell'immagine di riferimento corrispondente a questa transizione ed eKE è l'energia cinetica associata con raggio r in sperimentale immagine.</li>
		<li>Convertire lo spettro radiale al dominio dell'energia tramite trasformazione jacobiano. L'energia corrispondente a un determinato r è determinato come 7.2.2. L'intensità I(r) è divisa da √eKE.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Distribuzione angolare degli elettroni.<ol>
<li>Selezionate una transizione nello spettro.</li>
		<li>Per diversi piccoli intervalli angolari, integrare sopra la gamma radiale associati con la transizione e il complotto contro θ. In pratica l'integrazione viene realizzato mediante sommatoria sopra tutti i raggi in gamma r0 -FWHM/2 a + FWHM/2. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/57989/57989eq02v2.jpg"> dove I(θ) è l'intensità angolare, r0 è il valore radiale della transizione massimo e FWHM è la larghezza piena a metà altezza tutta la gamma radiale della transizione.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

Gli autori hanno nessun concorrenti interessi finanziari o altri conflitti di interesse.

Due fattori sono particolarmente critici per il successo del protocollo descritto. Le migliori condizioni di mapping possibili velocità devono essere determinate e più fondamentalmente, deve essere prodotto un rendimento sufficiente e relativamente tempo invariante dell'anione desiderata. Per quanto riguarda il VMI passi di messa a fuoco, punti 5.2 e 5.3 devono essere ripetute in tandem con analisi dell'immagine per determinare la condizione che dà le caratteristiche di immagine (più stretta) più acute. Messa a punt...

Anione del fotoelettrone imaging1 è una variante della spettroscopia fotoelettronica e rappresenta una potente sonda di atomico/molecolare struttura elettronica e le interazioni tra elettroni e specie neutre. Le informazioni ottenute sono essenziali per sviluppare la comprensione del limite e metastabile (risonanze di scattering di elettroni-molecola) negativo dello ione Stati, porta per la riduzione chimica, processi dissociativi allegato e ione-molecola interazioni farmacologiche. Inoltre, i risultati forniscono prove vitale di alto livello ab-initio metodi teorici, in particolare quelli progettati per affrontare altamente correlato sistemi e/o Stati di non-stazionarie.
Produzione di ioni, spettrometria di massa e particella carica2,3,4 sensibile sonda elettronica (e per le piccole molecole, vibrazionale) struttura di imaging combina la tecnica. Lavorare con specie anioniche permette buona selettività massa tramite tempo di spettrometria di massa di volo (TOF-MS). Visible/vicino ultravioletto (UV) i fotoni sono sufficientemente energici per rimuovere l'elettrone in eccesso, permettendo l'uso di fonti laser top tavolo. Un ulteriore vantaggio dell'uso di anioni è la capacità di photoexcite stati anionici basse, instabile che rappresentano regimi di energia in base al quale gli elettroni e gli atomi/molecole neutre interagiscono fortemente. L'uso di velocità mappato imaging5 (VMI) offre una efficienza di rivelazione uniforme, anche a energie cinetiche di elettrone bassa, monitora tutti i fotoelettroni espulse e allo stesso tempo rivela la grandezza e la direzione della loro velocità.
I risultati sperimentali sono immagini di fotoelettroni che contengono fotoelettronica spectra (dettagli delle distribuzioni di padre anione energia interna) e le energie degli Stati interni neutri figlia e distribuzioni angolare fotoelettronica (imparentato con il elettrone orbitale prima il distacco). Un'applicazione particolarmente interessante della tecnica è trovata negli studi di tempo-risolta fs. Un impulso iniziale laser ultraveloci (pompa) eccita ad uno stato elettronico di anione dissociativi, e un secondo temporaneamente ritardato impulsi ultraveloci (sonda) poi si stacca elettroni dall'anione eccitato. Il controllo della differenza di tempo pompa-sonda segue l'evoluzione degli Stati di energia del sistema e la natura mutevole degli orbitali del sistema sulla scala cronologica del moto atomico. Esempi includono la fotolisi di I2− e altre specie interhalogen6,7,8,9, la frammentazione e/o elettrone alloggi i−·uracil 10,11,12,13, ho−·thymine13,14, ho−·adenine15, io−·nitromethane16, 17 e io−·acetonitrile17 cluster anioni e la rivelazione della scala cronologica finora inaspettatamente lunga per la produzione di anioni atomico Cu− dopo la fotoeccitazione del CuO2− 18.
La figura 1 Mostra la Washington University in St. Louis (WUSTL) anione fotoelettronica imaging spectrometer19. Lo strumento è composto da tre regioni differenzialmente pompate. Gli ioni vengono prodotti nella camera di origine che opera ad una pressione di 10− 5 Torr e contiene un discarico ion source20e piastra di estrazione ionico elettrostatico. Gli ioni sono separati dalla massa in un Wiley-McLaren TOF-MS21 (la pressione nel tubo TOF è 10− 8 Torr). Rilevazione di ioni e di sondaggio si svolge nella regione di rilevamento (pressione di 10− 9 Torr) che contiene una lente VMI5 e un rilevatore di particelle cariche. I componenti principali dello strumento sono illustrati schematicamente nella Figura 1b dove l'area ombreggiata rappresenta tutti gli elementi contenuti all'interno del sistema di vuoto. Gas è stato introdotto attraverso l'ugello pulsato in scarico. Per compensare la pressione alta, la camera di origine viene mantenuta sotto vuoto mediante una pompa di diffusione basata sul petrolio. La regione di scarico è illustrata in dettaglio nella Figura 2a. Un'elevata differenza di potenziale è applicata tra gli elettrodi, che sono isolati dalla faccia dell'ugello da una serie di distanziali in Teflon. Infatti, il Teflon agisce come fonte di atomi di fluoro per i risultati mostrati più tardi.
Lo scarico produce una miscela di anioni, cationi e specie neutre. La piastra di estrazione di ioni, stack di accelerazione dello ione, interruttore potenziali e rilevatore di microchannel plate (MCP) (Figura 1b) formano i 2 m lungo Wiley McLaren TOF-MS. ioni vengono estratti mediante l'applicazione di un impulso di tensione (negativa) alla piastra di estrazione di ioni e quindi tutti gli ioni sono accelerati per la stessa energia cinetica. Variazione della grandezza di impulso di estrazione si concentra l'orario di arrivo nella lente VMI mentre la lente di einzel riduce la sezione spaziale del fascio ionico. Gli anioni sono nuovamente riferimenti al terreno mediante un potenziale interruttore22, la tempistica di cui agisce come un discriminatore di massa. Selezione dell'anione è realizzato sincronizzando l'arrivo di un impulso per fotone visibile/near uv con l'orario di arrivo dell'anione nella lente VMI. Le regioni di separazione e rilevazione di ioni utilizzano olio turbopumps gratuito per proteggere il rilevatore di imaging.
Anioni e fotoni interagiscono per produrre fotoelettroni in tutto il volume spaziale del solido Steinmetz, che rappresenta la sovrapposizione tra i fasci di ioni e laser. L'obiettivo VMI (Figura 2b) è costituito da tre elettrodi aperti, il cui scopo è quello di garantire che tutti i fotoelettroni raggiungono il rivelatore e che venga mantenuta la distribuzione di spazio lo slancio dei fotoelettroni. Per raggiungere questo obiettivo, tensioni diverse vengono applicate per l'estrattore e repeller tale che, indipendentemente dal punto spaziale di origine, gli elettroni con lo stesso vettore di velocità iniziale sono rilevati nello stesso punto sul rivelatore. Il rivelatore è costituito da un insieme di circuiti integrati multichip chevron-abbinati che fungono da moltiplicatori di elettroni. Ogni canale ha un diametro nell'ordine di pochi micron, il guadagno di localizzazione e preservare la posizione di impatto iniziale. Uno schermo al fosforo dietro il MCPs indica la posizione tramite l'impulso amplificato elettrone come un lampo di luce che viene registrata utilizzando una macchina fotografica di charge coupled device (CCD).
I tempi e la durata degli impulsi di tensione vari richiesti vengono controllati utilizzando un paio di generatori di ritardo digitale (DDG, Figura 3). L'intero esperimento è ripetuto su una base di colpo di colpo con un tasso di ripetizione di 10 Hz. Per ogni colpo, diversi ioni e fotoni interagiscono producendo pochi eventi di rilevamento per ogni frame della fotocamera. Parecchi mille fotogrammi sono accumulate in un'immagine. Il centro dell'immagine rappresenta l'origine di spazio lo slancio e quindi la distanza dal centro (r) è proporzionale alla velocità di un elettrone. Angolo θ, (rispetto alla direzione di polarizzazione del fotone) rappresenta la direzione della velocità di un elettrone. Un'immagine contiene la distribuzione delle densità di eventi di rilevamento. Così, può anche essere visto come che rappresenta la densità di probabilità per il rilevamento (in un dato punto) di un elettrone. Invocando l'interpretazione nata della funzione dell'onda (ψ) rappresenta un'immagine | ψ | 2 per i fotoelettroni23.
La densità di probabilità dell'elettrone 3D è cilindricamente simmetrica circa la polarizzazione del vettore elettrico (εp) della radiazione con conseguente oscuramento delle informazioni. La ricostruzione della distribuzione originale è realizzata matematicamente24,25,26,27. La distribuzione radiale (degli elettroni) nella ricostruzione è lo spettro di fotoelettroni di dominio slancio (velocità) che viene convertito nel dominio dell'energia attraverso l'applicazione della trasformazione jacobiano appropriata.
Il fotoelettronica anione imaging spectrometer (Figura 1) utilizzati in questi esperimenti è un strumento costruito su misura28. Le impostazioni nella tabella 1 e tabella 2 per il protocollo sono specifiche per questo strumento per la produzione di F− e l'imaging della sua distribuzione fotoelettronica. Diverse versioni simili del disegno vengono utilizzate in varie ricerche laboratori6,29,30,31,32,33,34 , 35 , 36 , 37 , 38 , 39 , 40 , 41 , 42, ma non due strumenti sono esattamente uguali. Inoltre, le impostazioni dello strumento sono fortemente interdipendenti e altamente sensibile alle piccole variazioni nelle condizioni e dimensioni dello strumento.

<table><tbody><tr><td>Digital Delay Generators</td><td>Berkeley Nucleonics Corp.</td><td>565-8c</td><td>DDG1</td></tr><tr><td>Digital Delay Generators</td><td>Berkeley Nucleonics Corp.</td><td>577-8c</td><td>DDG2</td></tr><tr><td>HV Power Supplies</td><td>Stanford Research Systems</td><td>PS325</td><td>V3</td></tr><tr><td>HV Power Supplies</td><td>Stanford Research Systems</td><td>PS325</td><td>V2</td></tr><tr><td>HV Power Supplies</td><td>Stanford Research Systems</td><td>PS325</td><td>V5</td></tr><tr><td>HV Power Supplies</td><td>Burle Inc.</td><td>PF1053</td><td>V9</td></tr><tr><td>HV Power Supplies</td><td>Burle Inc.</td><td>PF1053</td><td>V4</td></tr><tr><td>HV Power Supplies</td><td>Burle Inc.</td><td>PF1053</td><td>V10</td></tr><tr><td>HV Power Supplies</td><td>Burle Inc.</td><td>PF1054</td><td>V9,V11</td></tr><tr><td>HV Power Supplies</td><td>Bertan</td><td>205B-05R</td><td>V6</td></tr><tr><td>HV Pulsers</td><td>Directed Energy Inc.</td><td>PVX-4150</td><td>V2</td></tr><tr><td>HV Pulsers</td><td>Directed Energy Inc.</td><td>PVX-4140</td><td>V1</td></tr><tr><td>HV Pulsers</td><td>Directed Energy Inc.</td><td>PVX-4140</td><td>V11</td></tr><tr><td>HV Pulsers</td><td>Directed Energy Inc.</td><td>PVX-4140</td><td>V3</td></tr><tr><td>Pulsed Nozzle Driver</td><td>Parker Hannifin (General Valve)</td><td>Iota-One</td><td></td></tr><tr><td>Pulsed Nozzle</td><td>Parker Hannifin (General Valve)</td><td>Series 9</td><td></td></tr><tr><td>Camera</td><td>Imperx</td><td>VGA120</td><td></td></tr><tr><td>Imaging Detector</td><td>Beam Imaging Systems</td><td>BOS40</td><td></td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>LeCroy</td><td>Wavejet 334</td><td></td></tr><tr><td>Photodiode</td><td>ThorLabs</td><td>DET10A</td><td></td></tr><tr><td>Diffusion Pump</td><td>Leybold</td><td>DIP 8000</td><td></td></tr><tr><td>2&amp;times;Turbo Pump</td><td>Leybold</td><td>TMP361</td><td></td></tr><tr><td>Rotary Pump</td><td>Leybold</td><td>D40B</td><td></td></tr><tr><td>2&amp;times;Rotary Pump</td><td>Leybold</td><td>D16B</td><td></td></tr><tr><td>Oxygen Gas</td><td>Praxair</td><td>OX 5.0RS</td><td></td></tr><tr><td>Tunable Laser</td><td>Spectra Physics Sirah Dye Laser</td><td>Cobra-Stretch</td><td></td></tr><tr><td>Pump laser for Dye Laser</td><td>Sepctra Physics Nd:YAG</td><td>INDI-10</td><td></td></tr></tbody></table>

photoelectron imaging of anions illustrated by 310 nm detachment of f&#8722;

Anione del fotoelettrone imaging è un metodo molto efficiente per lo studio degli Stati di energia di ioni negativi associati, specie neutre e interazioni di elettroni non legati con molecole/atomi neutri. Stato-of-the-art nel vuoto tecniche di generazione di anione consentono l'applicazione di una vasta gamma di atomico, molecolare e sistemi di anione del cluster. Questi sono separati e selezionati usando la spettrometria totale di tempo di volo. Gli elettroni vengono rimossi dai fotoni polarizzati linearmente (distacco foto) utilizzando fonti laser da tavolo che forniscono l'accesso pronto ad energie di eccitazione dall'infrarosso all'ultravioletto vicino. Rilevamento di fotoelettroni con una velocità mappato imaging lente e posizione rilevatore sensibile significa che, in linea di principio, ogni fotoelettronica raggiunge il rivelatore e l'efficienza di rivelazione è uniforme per tutte le energie cinetiche. Spettri di fotoelettroni estratti dalle immagini tramite ricostruzione matematica usando un inverso trasformazione Abel rivelano i dettagli della distribuzione dell'anione energia interna dello stato e gli Stati di energia neutra risultante. A elettrone bassa energia cinetica, tipica risoluzione è sufficiente per rivelare differenze a livello di energia dell'ordine di pochi millielectron-volt, vale a dire, diversi livelli vibrazionali per specie molecolari o spin-orbita spaccare in atomi. Distribuzioni angolare fotoelettronica estratte dall'inverso trasformazione Abel rappresentano le firme del orbital dell'elettrone rilegato, consentendo più dettagliata della struttura elettronica di sondaggio. La spectra e distribuzioni angolari anche codificano dettagli delle interazioni tra l'elettrone in uscita e la specie neutre residua a seguito di eccitazione. La tecnica è illustrata dall'applicazione di un anione atomico (F−), ma può anche essere applicato per la misurazione della spettroscopia molecolare dell'anione, lo studio delle risonanze di anione pianeggianti (come un'alternativa agli esperimenti di scattering) e a femtosecondi ( FS) tempo risolto studi dell'evoluzione dinamica di anioni.

Centroiding43 , i dati registrati sulla matrice 640 × 480 pixel CCD della fotocamera, è possibile una risoluzione della griglia di 6400 × 4800. Tuttavia, estrazione di spettri e distribuzioni angolare coinvolge inverso trasformazione Abel dei dati che richiede l'intensità dell'immagine relativamente forzano a variazioni. Come compromesso, i dati centroided sono "cestinati" sommando n × n blocchi di punti. Trattamento simile è anche necessario per la visualizz...

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

Qui, presentiamo un protocollo per l'imaging di fotoelettroni di specie anioniche. Anioni generato nel vuoto e separati mediante spettrometria di massa sono sondati utilizzando fotoelettronica velocità mappata di imaging, fornendo i dettagli dell'anione e livelli di energia neutrali, anione e neutra con struttura e la natura dello stato elettronico dell'anione.

Imaging di fotoelettroni di anioni illustrato da 310 Nm distaccamento di F−

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

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8.6K Views.  Washington University in St. Louis. Qui, presentiamo un protocollo per l'imaging di fotoelettroni di specie anioniche. Anioni generato nel vuoto e separati mediante spettrometria di massa sono sondati utilizzando fotoelettronica velocità mappata di imaging, fornendo i dettagli dell'anione e livelli di energia neutrali, anione e neutra con struttura e la natura dello stato elettronico dell'anione.

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Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging (ECCI) in a scanning electron microscope (SEM). ECCI allows for imaging of defects and crystallographic features under specific diffraction conditions, similar to that possible via plan-view transmission electron microscopy (PV-TEM). A particular advantage of the ECCI technique is that it requires little to no sample preparation, and indeed can use large area, as-produced samples, making it a considerably higher throughput characterization method than TEM. Similar to TEM, different diffraction conditions can be obtained with ECCI by tilting and rotating the sample in the SEM. This capability enables the selective imaging of specific defects, such as misfit dislocations at the GaP/Si interface, with high contrast levels, which are determined by the standard invisibility criteria. An example application of this technique is described wherein ECCI imaging is used to determine the critical thickness for dislocation nucleation for GaP-on-Si by imaging a range of samples with various GaP epilayer thicknesses. Examples of ECCI micrographs of additional defect types, including threading dislocations and a stacking fault, are provided as demonstration of its broad, TEM-like applicability. Ultimately, the combination of TEM-like capabilities &#8211; high spatial resolution and richness of microstructural data &#8211; with the convenience and speed of SEM, position ECCI as a powerful tool for the rapid characterization of crystalline materials.

The use of electron channeling contrast imaging in a scanning electron microscope to characterize defects in III-V/Si heteroexpitaxial thin films is described. This method yields similar results to plan-view transmission electron microscopy, but in significantly less time due to lack of required sample preparation.

Electron Channeling Contrast Imaging per Rapid III-V eteroepitassiale Caratterizzazione

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

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Chimica

Novel Techniques for Observing Structural Dynamics of Photoresponsive Liquid Crystals

We discuss in this article the experimental measurements of the molecules in liquid crystal (LC) phase using the time-resolved infrared (IR) vibrational spectroscopy and time-resolved electron diffraction. Liquid crystal phase is an important state of matter that exists between the solid and liquid phases and it is common in natural systems as well as in organic electronics. Liquid crystals are orientationally ordered but loosely packed, and therefore, the internal conformations and alignments of the molecular components of LCs can be modified by external stimuli. Although advanced time-resolved diffraction techniques have revealed picosecond-scale molecular dynamics of single crystals and polycrystals, direct observations of packing structures and ultrafast dynamics of soft materials have been hampered by blurry diffraction patterns. Here, we report time-resolved IR vibrational spectroscopy and electron diffractometry to acquire ultrafast snapshots of a columnar LC material bearing a photoactive core moiety. Differential-detection analyses of the combination of time-resolved IR vibrational spectroscopy and electron diffraction are powerful tools for characterizing structures and photoinduced dynamics of soft materials.

Here, we present the protocols of differential-detection analyses of time-resolved infrared vibrational spectroscopy and electron diffraction which enable observations of the deformations of local structures around photoexcited molecules in a columnar liquid crystal, giving an atomic perspective on the relationship between the structure and the dynamics of this photoactive material.

Nuove tecniche per l'osservazione dinamica strutturale dei cristalli liquidi fotoresponsivi

We discuss in this article the experimental measurements of the molecules in liquid crystal (LC) phase using the time-resolved infrared (IR) vibrational ...

Single Molecule Fluorescence Microscopy on Planar Supported Bilayers

In the course of a single decade single molecule microscopy has changed from being a secluded domain shared merely by physicists with a strong background in optics and laser physics to a discipline that is now enjoying vivid attention by life-scientists of all venues 1. This is because single molecule imaging has the unique potential to reveal protein behavior in situ in living cells and uncover cellular organization with unprecedented resolution below the diffraction limit of visible light 2. Glass-supported planar lipid bilayers (SLBs) are a powerful tool to bring cells otherwise growing in suspension in close enough proximity to the glass slide so that they can be readily imaged in noise-reduced Total Internal Reflection illumination mode 3,4. They are very useful to study the protein dynamics in plasma membrane-associated events as diverse as cell-cell contact formation, endocytosis, exocytosis and immune recognition. Simple procedures are presented how to generate highly mobile protein-functionalized SLBs in a reproducible manner, how to determine protein mobility within and how to measure protein densities with the use of single molecule detection. It is shown how to construct a cost-efficient single molecule microscopy system with TIRF illumination capabilities and how to operate it in the experiment.

Preparation of protein-functionalized planar glass-supported lipid bilayers, determination of protein mobility within and measurement of protein densities is shown here. A roadmap to building a noise-reduced Total Internal Reflection microscope is outlined, which allows visualizing single bilayer-resident fluorochromes with high spatiotemporal resolution.

Singola molecola microscopia a fluorescenza su Planar bilayers supportati

In the course of a single decade single molecule microscopy has changed from being a secluded domain shared merely by physicists with a strong background ...

Bioingegneria

Sample Preparation and Experimental Design for In Situ Multi-Beam Transmission Electron Microscopy Irradiation Experiments

There is a need to understand materials exposed to overlapping extreme environments such as high temperature, radiation, or mechanical stress. When these stressors are combined there may be synergistic effects that enable unique microstructural evolution mechanisms to activate. Understanding of these mechanisms is necessary for the input and refinement of predictive models and critical for engineering of next generation materials. The basic physics and underlying mechanisms require advanced tools to be investigated. The in situ ion irradiation transmission electron microscope (I&#179;TEM) is designed to explore these principles.
To quantitatively probe the complex dynamic interactions in materials, careful preparation of samples and consideration of experimental design is required. Particular handling or preparation of samples can easily introduce damage or features that obfuscate the measurements. There is no one correct way to prepare a sample; however, many mistakes can be made. The most common errors and things to consider are highlighted within. The I&#179;TEM has many adjustable variables and a large potential experimental space, therefore it is best to design experiments with a specific scientific question or questions in mind.
Experiments have been performed on large number of sample geometries, material classes, and with many irradiation conditions. The following are a subset of examples that demonstrate unique in situ capabilities utilizing the I3TEM. Au nanoparticles prepared by drop casting have been used to investigate the effects of single ion strikes. Au thin films have been used in studies on the effects of multibeam irradiation on microstructure evolution. Zr films have been exposed to irradiation and mechanical tension to examine creep. Ag nanopillars were subjected to simultaneous high temperature, mechanical compression, and ion irradiation to study irradiation induced creep as well. These results impact fields including: structural materials, nuclear energy, energy storage, catalysis, and microelectronics in space environments.

Sample preparation techniques are outlined with specific considerations for in situ ion irradiation TEM experiments. Ion species, energy, and fluence are discussed with methods for how to select and compute them. Finally, procedures for conducting an experiment are described and accompanied by the representative results.

There is a need to understand materials exposed to overlapping extreme environments such as high temperature, radiation, or mechanical stress. When these ...

Single-Molecule Imaging of Lateral Mobility and Ion Channel Activity in Lipid Bilayers using Total Internal Reflection Fluorescence (TIRF) Microscopy

High-resolution imaging techniques have shown that many ion channels are not static, but subject to highly dynamic processes, including the transient association of pore-forming and auxiliary subunits, lateral diffusion, and clustering with other proteins. However, the relationship between lateral diffusion and function is poorly understood. To approach this problem, we describe how lateral mobility and activity of individual channels in supported lipid membranes can be monitored and correlated using total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. Membranes are fabricated on an ultrathin hydrogel substrate using the droplet interface bilayer (DIB) technique. Compared to other types of model membranes, these membranes have the advantage of being mechanically robust and suitable for highly sensitive analytical techniques. This protocol measures Ca2+ ion flux through single channels by observing the fluorescence emission of a Ca2+-sensitive dye in close proximity to the membrane. In contrast to classical single-molecule tracking approaches, no fluorescent fusion proteins or labels, which can interfere with lateral movement and function in the membrane, are required. Possible changes in ion flux associated with conformational changes of the protein are only due to protein lateral motion in the membrane. Representative results are shown using the mitochondrial protein translocation channel TOM-CC and the bacterial channel OmpF. In contrast to OmpF, the gating of TOM-CC is very sensitive to molecular confinement and the nature of lateral diffusion. Hence, supported droplet-interface bilayers are a powerful tool to characterize the link between lateral diffusion and the function of ion channels.

Single-Molecule Imaging of Lateral Mobility and Ion Channel Activity in Lipid Bilayers using Total Internal Reflection Fluorescence TIRF Microscopy

This protocol describes how to use TIRF microscopy to track individual ion channels and determine their activity in supported lipid membranes, thereby defining the interplay between lateral membrane movement and channel function. It describes how to prepare the membranes, record the data, and analyze the results.

Imaging a singola molecola della mobilità laterale e dell'attività dei canali ionici in doppi strati lipidici mediante microscopia a fluorescenza a riflessione interna totale (TIRF)

High-resolution imaging techniques have shown that many ion channels are not static, but subject to highly dynamic processes, including the transient ...

Biochimica

Examining the Conformational Dynamics of Membrane Proteins in situ with Site-directed Fluorescence Labeling

Two electrode voltage clamp electrophysiology (TEVC) is a powerful tool to investigate the mechanism of ion transport1 for a wide variety of membrane proteins including ion channels2, ion pumps3, and transporters4. Recent developments have combined site-specific fluorophore labeling alongside TEVC to 
concurrently examine the conformational dynamics at specific residues and function of these proteins on the surface of single cells.
We will describe a method to study the conformational dynamics of membrane proteins by simultaneously monitoring fluorescence and current changes using voltage-clamp fluorometry. This approach can be used to examine the molecular motion of membrane proteins site-specifically following cysteine replacement and site-directed fluorophore labeling5,6. Furthermore, this method provides an approach to determine distance constraints between specific residues7,8. 
This is achieved by selectively attaching donor and acceptor fluorophores to two mutated cysteine residues of interest.
In brief, these experiments are performed following functional expression of the desired protein on the surface of Xenopus leavis oocytes. The large surface area of these oocytes enables facile functional measurements and a robust fluorescence signal5. It is also possible to readily change the extracellular conditions such as pH, ligand or cations/anions, which can provide further information on the mechanism of membrane proteins4. Finally, recent developments 
have also enabled the manipulation of select internal ions following co-expression with a second protein9.
Our protocol is described in multiple parts. First, cysteine scanning mutagenesis proceeded by fluorophore labeling is completed at residues located at the interface of the transmembrane and extracellular domains. Subsequent experiments are designed to identify residues which demonstrate large changes in fluorescence intensity (&lt;5%)3 upon a conformational change of the protein. Second, these changes in fluorescence intensity are compared to the kinetic parameters of 
the membrane protein in order to correlate the conformational dynamics to the function of the protein10. This enables a rigorous biophysical analysis of the molecular motion of the target protein. Lastly, two residues of the holoenzyme can be labeled with a donor and acceptor fluorophore in order to determine distance constraints using donor photodestruction methods. It is also possible to monitor the relative movement of protein subunits following labeling with a donor and acceptor fluorophore.

Examining the Conformational Dynamics of Membrane Proteins in situ with Site-directed Fluorescence Labeling

We will describe a method which measures the kinetics of ion transport of membrane proteins alongside site-specific analysis of conformational changes using fluorescence on single cells. This technique is adaptable to ion channels, transporters and ion pumps and can be utilized to determine distance constraints between protein subunits.

Esaminando la dinamica conformazionale delle proteine ​​di membrana In situ Con il sito-diretta Etichettatura fluorescenza

Two electrode voltage clamp electrophysiology (TEVC) is a powerful tool to investigate the mechanism of ion transport1 for a wide variety of membrane ...

Biologia

Imaging Plasma Membrane Deformations With pTIRFM

To gain novel insights into the dynamics of exocytosis, our group focuses on the changes in lipid bilayer shape that must be precisely regulated during the fusion of vesicle and plasma membranes. These rapid and localized changes are achieved by dynamic interactions between lipids and specialized proteins that control membrane curvature. The absence of such interactions would not only have devastating consequences for vesicle fusion, but a host of other cellular functions that involve control of membrane shape. In recent years, the identity of a number of proteins with membrane-shaping properties has been determined. What remains missing is a roadmap of when, where, and how they act as fusion and content release progress.
Our understanding of the molecular events that enable membrane remodeling has historically been limited by a lack of analytical methods that are sensitive to membrane curvature or have the temporal resolution to track rapid changes. PTIRFM satisfies both of these criteria. We discuss how pTIRFM is implemented to visualize and interpret rapid, submicron changes in the orientation of chromaffin cell membranes during dense core vesicle (DCV) fusion. The chromaffin cells we use are isolated from bovine adrenal glands. The membrane is stained with a lipophilic carbocyanine dye,1,1&#39;-dioctadecyl-3,3,3&#39;,3&#39;-tetramethylindodicarbocyanine, 4-chlorobenzenesulfonate, or&#160;diD. DiD intercalates in the membrane plane with a &#34;fixed&#34; orientation and is therefore sensitive to the polarization of the evanescent field. The diD-stained cell membrane is sequentially excited with orthogonal polarizations of a 561&#160;nm laser (p-pol, s-pol). A 488&#160;nm laser is used to visualize vesicle constituents and time the moment of fusion. Exocytosis is triggered by locally perfusing cells with a depolarizing KCl solution. Analysis is performed offline using custom-written software to understand how diD emission intensity changes relate to fusion pore dilation.

Polarization-based Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy (pTIRFM) enables real-time detection of cell membrane dynamics. This article describes the implementation of pTIRFM for the study of membrane remodeling during regulated exocytosis. The technique is generalizable to other processes in cell biology that directly or indirectly involve changes in membrane shape.

Imaging Plasma membrana Deformazioni Con pTIRFM

To gain novel insights into the dynamics of exocytosis, our group focuses on the changes in lipid bilayer shape that must be precisely regulated during ...

Fluorescence Imaging with One-nanometer Accuracy (FIONA)

Fluorescence imaging with one-nanometer accuracy (FIONA) is a simple but useful technique for localizing single fluorophores with nanometer precision in the x-y plane. Here a summary of the FIONA technique is reported and examples of research that have been performed using FIONA are briefly described. First, how to set up the required equipment for FIONA experiments, i.e., a total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM), with details on aligning the optics, is described. Then how to carry out a simple FIONA experiment on localizing immobilized Cy3-DNA single molecules using appropriate protocols, followed by the use of FIONA to measure the 36 nm step size of a single truncated myosin Va motor labeled with a quantum dot, is illustrated. Lastly, recent effort to extend the application of FIONA to thick samples is reported. It is shown that, using a water immersion objective and quantum dots soaked deep in sol-gels and rabbit eye corneas (&#62;200 &#181;m), localization precision of 2-3 nm can be achieved.

Fluorescence Imaging with One-nanometer Accuracy FIONA

Single fluorophores can be localized with nanometer precision using FIONA. Here a summary of the FIONA technique is reported, and how to carry out FIONA experiments is described.

Imaging di fluorescenza con One nanometri Precisione (FIONA)

Fluorescence imaging with one-nanometer accuracy (FIONA) is a simple but useful technique for localizing single fluorophores with nanometer precision in ...

Imaging di fotoelettroni di anioni illustrato da 310 Nm distaccamento di F⁻

Riepilogo

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Capitoli in questo video

Electron Channeling Contrast Imaging per Rapid III-V eteroepitassiale Caratterizzazione

Metodi sperimentali per intrappolare gli ioni utilizzando microfabbricati trappole ioniche in superficie

Un protocollo sperimentale per Femtosecond NIR/UV - esperimenti di Pump-Probe XUV con laser a elettroni liberi

Nuove tecniche per l'osservazione dinamica strutturale dei cristalli liquidi fotoresponsivi

Singola molecola microscopia a fluorescenza su Planar bilayers supportati

Sample Preparation and Experimental Design for In Situ Multi-Beam Transmission Electron Microscopy Irradiation Experiments

Imaging a singola molecola della mobilità laterale e dell'attività dei canali ionici in doppi strati lipidici mediante microscopia a fluorescenza a riflessione interna totale (TIRF)

Esaminando la dinamica conformazionale delle proteine di membrana In situ Con il sito-diretta Etichettatura fluorescenza

Imaging Plasma membrana Deformazioni Con pTIRFM

Imaging di fluorescenza con One nanometri Precisione (FIONA)

Imaging di fotoelettroni di anioni illustrato da 310 Nm distaccamento di F−

Riepilogo

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Nuove tecniche per l'osservazione dinamica strutturale dei cristalli liquidi fotoresponsivi

Singola molecola microscopia a fluorescenza su Planar bilayers supportati

Sample Preparation and Experimental Design for In Situ Multi-Beam Transmission Electron Microscopy Irradiation Experiments

Imaging a singola molecola della mobilità laterale e dell'attività dei canali ionici in doppi strati lipidici mediante microscopia a fluorescenza a riflessione interna totale (TIRF)

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Imaging Plasma membrana Deformazioni Con pTIRFM

Imaging di fluorescenza con One nanometri Precisione (FIONA)

Imaging di fotoelettroni di anioni illustrato da 310 Nm distaccamento di F⁻

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