Bu çalışma, Deutsche Forschungsgemeinschaft'ın "Hamburg Ultra Hızlı Görüntüleme Merkezi – AtomIk Ölçekte Yapı, Dinamikler ve Maddenin Kontrolü" mükemmellik kümesi ve Helmholtz Sanal Enstitüsü "Çok Boyutlu Manzaralarda Dinamik Yollar" tarafından desteklenmiştir.

1. Deneysel Kurulumun Açıklaması
Gaz fazlı moleküler ışın kurulumu ve saptırıcısının şeması Şekil 2 21'degösterilmiştir. Bu oluşur
<ol><li>Moleküler örneği içeren darbeli bir Even-Lavie valfi29. Soğuk moleküler ışın (O(1 K)) oluştuğu sürece diğer darbeli moleküler ışın valfleri de eşit olarak kullanılabilir. Aşağıdaki parametreler, kullanılan Even-Lavie vanası için özeldir. Burada sunulan deneylerde valf, yüksek geri alma basınçları (helyum ~ 50 bar'da) ile 20 Hz tekrarlama hızında çalıştırılır ve 10-6 mbar < boşaltılan bir vakum odasına genişletilir.</li>
	<li>Bir moleküler ışın sıyırıcı (2 mm çapında) valften 22 cm aşağı akış yerleştirilir, moleküler ışın harmanlanır ve darbeli valf ile vakum sisteminin geri kalanı arasında diferansiyel pompalama koşullarına yol açan.</li>
	<li>Sıyırıcıdan hemen sonra moleküller elektrostatik sapma cihazına girer. Bu, her biri 24 cm uzunluğunda bir çubuk (yarıçap 3,0 mm) ve bir oluk (3,2 mm eğrilik yarıçapı) oluşur. Cihazın ortasındaki elektrotlar arasındaki dikey boşluk 2,3 mm'dir. Çubuk ve oluk arasında 0-26 kV arasında potansiyel bir fark uygulanır, şekil 2'ninbaşlangıcında belirtildiği gibi, neredeyse sabit bir alan gradyanı30olan güçlü bir inhomogeneous elektrik alanı üretir.</li>
	<li>Saptırıcı moleküller etkileşim bölgesine ikinci bir sıyırıcı ile girdikten hemen sonra, daha fazla diferansiyel pompalama aşaması sağlar.</li>
	<li>Etkileşim bölgesi (10-9 mbar < basınçlara tahliye edilir) standart bir Wiley-McLaren uçuş zamanı (TOF) kurulumu içerir. Moleküller, ekstraksiyon bölgesinin merkezinde, kovucu ve çıkarıcı elektrotlar arasında odaklanmış lazer darbeleri ile iyonize edilir. Üretilen iyonlar, kütle spektrumu kaydedilen çok kanallı plaka (MCP) dedektörüne doğru hızlanır.</li>
	<li>Lazer darbeleri, 283 nm (indole deneyleri) veya 272 nm (3-florofenol deneyleri) etrafında tipik çıkış dalga boyları ve birkaç mJ'lik darbe enerjileri sağlayan bir Nd:YAG pompalı boya lazerinden türetilmiştir. Darbe süreleri 10 nsec sırasına göredir ve darbeler etkileşim bölgesinde ~100 μm spot boyutuna f = 750 mm lens ile odaklanmıştır.</li>
	<li>Zamanlama sırası, ana saati sağlayan dijital bir gecikme jeneratörü tarafından kontrol edilir. Bu, Nd:YAG lazerini (flaş lambaları ve Q-switch), darbeli valfi ve kütle spektrumunu kaydetmek için kullanılan sayısallaştırıcı kartı tetikler.</li>
	<li>Kütle spektrumu, lazer Q-switch ile aynı anda tetiklenen bir sayısallaştırıcı karta kaydedilir. Moleküler ışın yoğunlukları, kaydedilen uçuş zamanı spektrumunda uygun kütle kapılarından çıkarılır.</li>
</ol>2. UygunLayıcı Seçili Moleküler Işın Üretimi ve Karakterizasyonu
<ol><li>Hedef moleküllerin soğuk moleküler ışını süpersonik genişleme ile oluşturulur ve mekansal (x, y yönleri) ve zamansal (z yönü) profilleme kullanılarak karakterize edilir.</li>
	<li>Darbeli vananın numune haznesini kimyasal numune ile yükleyin. Katı numuneleri uygun bir çözücüde çözün ve numune kartuşuna yerleştirilen küçük bir filtre kağıdı parçasına birkaç damla yerleştirin. Sıvı numuneleri doğrudan filtre kağıdına yerleştirin.</li>
	<li>Yüksek saflıkta yüksek basınçlı destek gazı kullanarak süpersonik genleşmeyi üretin. Numune haznesinin vana içindeki sıcaklığını, numunenin kısmi basıncı yaklaşık 10 mbar olacak şekilde ayarlayın. Not: Sıvı numuneler için genellikle ısıtmaya gerek yoktur. Valf açma süresi, kullanılan darbeli vananın tam modeline bağlıdır, burada sunulan deneyler için Even-Lavie valfi 10 μsn elektrik darbe süresi ile çalıştırılır.</li>
	<li>Üretilen moleküler ışını elektrostatik saptırıcı kapalıyken karakterize edin. İyonizasyon lazerini, örneğin belirli bir konformörünün rezonansla geliştirilmiş çoktoğraf iyonizasyonu (REMPI) için bilinen bir dalga boyuna ayarlayın. Valf lazer gecikmesinin bir fonksiyonu olarak MCP dedektöründeki toplam ana iyon verimini izleyerek moleküler ışın darbesinin zamansal profilini kaydedin.</li>
	<li>Valf lazer gecikmesini sonraki tüm ölçümler için maksimum yoğunlukta sabitleyin.</li>
	<li>Lazer odağının y konumunun bir fonksiyonu olarak toplam ana iyon verimini izleyerek moleküler ışının enine uzamsal profilini kaydedin. Odaklama lensini lazer yayılma yönüne dik olarak hareket ettirerek, odak moleküler ışına göre y yönünde hareket eder.</li>
	<li>Işınla ilgilenen tüm konformatörler için zamansal ve mekansal profil oluşturmayı tekrarlayın. Not: Bunlar genellikle her konformörün ayrı ayrı araştırılabilmesi için farklı REMPI rezonanslarına sahiptir. Ancak bir sapma alanının yokluğunda, zamansal ve uzamsal profiller tüm konformatörler için aynıdır.</li>
	<li>Saptırılmış ışının karakterizasyonu. Yüksek voltaj kaynağını saptırıcıya açın ve tüm izomerler için uzamsal profilleri kaydedin. Bunlar artık kütle-dipol moment oranına göre saptırılmalıdır. Not: Büyük sapmalardan geçen türler için, saptırılan ışının algılama bölgesine iyi iletilmesini sağlamak için sıyırıcıyı saptırıcıyı hemen takiben hareket ettirmek gerekebilir.</li>
	<li>Moleküler ışının sadece ilgi gören türleri içeren kısmında etkileşimin(örneğin bir geçiş lazer ışını) gerçekleşmesini sağlayarak moleküler ışının konformör veya boyut tarafından seçilen kısmı üzerinde deneyler yapın.</li>
</ol>

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Bu makale boyunca, ultra yüksek vakum bileşenlerine, darbeli moleküler ışın valflerine ve lazer kaynaklarına aşinalık varsayılır ve ilgili güvenlik prosedürlerine her zaman uyulmalıdır. Saptırıcı için yüksek voltajlı elektrotların kullanımına özel özen göstermeli. Yüzeylerinin yüksek bir standartta parlatılması ve vakum odasının içinde arklanmaması için kesinlikle temiz olması gerekir. İlk kullanımdan önce elektrotlar vakum altında koşullandırılmalıdır. Uygulanan gerilim yavaşça arttırılmakta...

Modern gaz fazlı moleküler fizik ve fiziksel kimya deneyleri genellikle bir moleküler ışın içinde rotasyonel olarak soğuk moleküler örnekler üretmek için hedef moleküllerin süpersonik genleşmelerini kullanır. Bununla birlikte, süpersonik genleşmeler kullanılarak rutin olarak elde edilebilen 1 K'lik düşük dönme sıcaklıklarında bile, büyük moleküller hala ışın1içindeki birden fazla konformasyonda kalabilir. Benzer şekilde, bir ışın kaynağında moleküler kümelerin üretimi tek bir türle değil, birçok farklı küme stoichiometrisi içeren bir "küme çorbası" oluşumuna ve kalan saf ana moleküllere neden olur. Bu, bu sistemlerin moleküler orbitaller2, moleküler çerçeve fotoelekron açısal dağılımları3-5 veya elektron6-10 ve X-ışını kırınımı11-13 gibi yeni tekniklerle incelenmesini zorlaştırır, çünkü bunlar gaz fazında saf, tutarlı ve homojen örnekler gerektirir.
Gaz fazındaki yüklü türlerin farklı konformatörlerini ayırmak için çeşitli metodolojiler mevcut olsa da(örneğin iyon hareketlilik sürüklenme tüpleri14,15)ve yüklü kümeler kütle-şarj oranları ile kolayca ayrılır, bu teknikler nötr türler için geçerli değildir. Son zamanlarda bu sorunların elektrostatik saptırma cihazı16,17, moleküler konformatörlerin yanı sıra kümelerin ayrılmasına ve rotasyonel olarak soğuk moleküler ışınların üretimine izin vererek üstesinden gelinebileceğini gösterdik.
Elektrostatik sapmanın kullanımı, kökenleri18,19'akadar giden klasik bir moleküler ışın tekniğidir. Kuantum durumlarının ayrılması için elektrostatik sapmanın ilk fikirleri Stern tarafından 192620'detanıtıldı. Yüksek sıcaklıklarda küçük moleküller üzerinde erken deneyler yapılırken, bu tekniğin düşük sıcaklıklarda büyük kutup moleküllerine ve kümelerine uygulanmasını gösteriyoruz16,21.
Kutup molekülleri, potansiyel enerjideki mekansal farklılıklar nedeniyle, inhomojen bir elektrik alanı(E)içinde bir kuvvet yaşarlar. Bu <img fo:content-width="0.25in" src="/files/ftp_upload/51137/force.jpg" width="30px"> kuvvet, molekülün etkili dipol momentine, μeff'sına bağlıdır ve
<img src="/files/ftp_upload/51137/51137eq1.jpg"> (1) 
Farklı moleküler konformatörler tipik olarak farklı dipol anlarını ortaya çıkarmakta ve bir küme içindeki farklı sayıda çözücü molekülü farklı küme kütlelerine ve dipol anlarına yol açmaktadır, bu türler güçlü bir inhomogeneous elektrik alanının varlığında farklı bir ivme yaşayacaktır. Bu nedenle, homojen olmayan bir elektrik alanından elde edilen Stark etki kuvveti, konformatörlerin ve kuantum durumlarının ayrılması için kullanılabilir22. Bu şekil 1'de, sırasıyla cis ve trans konformatörlerin J = 0,1,2 dönme durumları için hesaplanan Stark eğrilerini gösteren 3-florofenol ile gösterilir. Bu, Şekil 1c ve 1d'degösterildiği gibiμ eff'debüyük farklılıklara yol açar ve bu nedenle iki konformatör tarafından inhomogeneous elektrik alanlarında farklı bir ivme yaşanır. Bu nedenle, bir elektrostatik sapma cihazı kütleden dipol moment oranına (m /μeff) ayırıcı olarak, kütle-şarj oranı ( m/ z) filtresi23olarak hareket eden bir kütle spektrometresine benzer şekilde kullanılabilir.
Ayrıca, bu teknikler dönme kuantum durumlarının ayrılmasına izin verir24,25. Yer dönme durumları (Şekil 1a ve 1b'dekimavi eğriler) en büyük Stark değişimini sergiledikçe, bunlar en çok saptırılacak ve daha yüksek J durumlarındaki moleküllerden mekansal olarak ayrılabilir17. Bu nedenle moleküler ışının en soğuk kısmı seçilebilir, hedef moleküllerin hizalanması ve yönlendirilmesi gibi birçok uygulamada önemli ölçüde yardımcı olur17, 26-28.
Bu katkıda, bir elektrostatik sapma cihazının farklı büyük kutup molekülleri ve küme türlerini mekansal olarak ayırmak için nasıl kullanılabileceğini gösteriyoruz. Örnek veriler, tek bir konformörün saf bir kirişinin ve iyi tanımlanmış boyut ve oranda çözünür çözücü kümesinin üretimi için sunulur. Özellikle, sadece trans konformörü içeren saf bir ışının üretildiği 3-florofenol ve indole(H2O) 1 kümesinin sudan, indole, indole(H2 O)2, vb.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="687">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Vacuum system</td>
			<td style="width:175px;">various, e.g. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:177px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Dye laser system</td>
			<td style="width:175px;">various, e.g. Coherent, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes&#8230;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pulsed valve</td>
			<td style="width:175px;">Even-Lavie</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">High voltage power supply</td>
			<td style="width:175px;">eg. FUG</td>
			<td style="width:119px;">HCP 14-20000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Deflector</td>
			<td style="width:175px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Time-of-flight spectrometer</td>
			<td style="width:175px;">Jordan TOF</td>
			<td style="width:119px;">C-677</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TOF power supply</td>
			<td style="width:175px;">Jordan TOF</td>
			<td style="width:119px;">D-603</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Focusing lens</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Thorlabs</td>
			<td>LA4745</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Translation stage</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Vision Lasertechnik</td>
			<td style="width:119px;">8MT167-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Digitizer</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Agilent</td>
			<td style="width:119px;">Acquiris DC440</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Digital delay generator</td>
			<td style="width:175px;">e.g. Stanford Systems</td>
			<td style="width:119px;">SRS DG645</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Molecular beam skimmer</td>
			<td style="width:175px;">Beam Dynamics Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>http://www.beamdynamicsinc.com/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

spatial separation of molecular conformers and clusters

Gaz fazlı moleküler fizik ve fiziksel kimya deneyleri genellikle soğuk moleküler ışınların üretimi için darbeli valfler aracılığıyla süpersonik genleşmeler kullanır. Bununla birlikte, bu kirişler genellikle düşük dönme sıcaklıklarında bile birden fazla konformatör ve küme içerir. Moleküler ışın genişlemesinin bu kurucu parçalarının mekansal olarak ayrılmasını sağlayan deneysel bir metodoloji sunuyoruz. Bir elektrikli deflektör kullanılarak ışın, kütle-yük oranına dayanarak yüklü molekülleri mekansal olarak dağıtır bir bükücüye veya bir elektrik sektörü kütle spektrometresine benzer şekilde kütle-dipol moment oranı ile ayrılır. Bu saptırıcı, homojen olmayan bir elektrik alanındaki Stark etkisinden yararlanır ve kutup nötr moleküllerinin ve kümelerinin bireysel türlerinin ayrılmasına izin verir. Ayrıca, düşük enerjili dönme kuantum durumları genellikle en büyük sapmayı yaşadığından, moleküler ışının en soğuk kısmının seçilmesine izin verir. Bir türün farklı yapısal izomerleri (konformatörler), fonksiyonel grupların farklı düzenlenmesi nedeniyle ayrılabilir ve bu da farklı dipol anlarına yol açar. Bunlar elektrostatik saptırıcı tarafından moleküler ışından uygun şekilde saf bir numunenin üretimi için yararlanılmıştır. Benzer şekilde, belirli bir kümenin kütle ve dipol momenti ana molekülün etrafındaki çözünme derecesine bağlı olduğu için belirli küme stoichiometries seçilebilir. Bu, belirli küme boyutları ve yapıları üzerinde deneylere izin verir ve nötr moleküllerin sistematik olarak çözülmesini sağlar.

Elektrostatik sapma tekniği, yapısal izomerler16 ve nötr kümeler21'inayrılmasına ve rotasyonel kuantum durumu seçilen moleküler örneklerin üretimine başarıyla uygulanmıştır31. Bunu, 3-florofenol ve seçilen indole(H2O)n kümelerinin cis ve trans konformatörlerinin ayrılması için temsili sonuçlarla gösteriyoruz.
3-Florofenol konformatörleri moleküler bir ışında 50 bar helyumun süpersonik genişle...

Watch this Scientific Journal Video about Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters at JoVE.com

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Moleküler ışında bulunan farklı konformatörlerin veya kümelerin mekansal olarak ayrılmasını sağlayan bir teknik sunuyoruz. Elektrostatik bir saptırıcı, türleri kütle-dipol moment oranlarına göre ayırmak için kullanılır ve bu da tek bir konformatör veya küme stoichiometry'nin gaz fazlı topluluklarının üretimine yol açtı.

Moleküler Konformatörlerin ve Kümelerin Mekansal Ayrımı

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

spatial-separation-of-molecular-conformers-and-clusters

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Organic Chemistry

Physics

Unit 1

Electric Potential

Alcohols and Phenols

SCIENTISTS IN ACTION

7.9K Görüntüleme.  CFEL, DESY. Moleküler ışında bulunan farklı konformatörlerin veya kümelerin mekansal olarak ayrılmasını sağlayan bir teknik sunuyoruz. Elektrostatik bir saptırıcı, türleri kütle-dipol moment oranlarına göre ayırmak için kullanılır ve bu da tek bir konformatör veya küme stoichiometry'nin gaz fazlı topluluklarının üretimine yol açtı.