Name: spatial separation of molecular conformers and clusters
Uploaded: 2014-01-09T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters at JoVE.com

עבודה זו נתמכה על ידי אשכול המצוינות "מרכז המבורג להדמיה אולטרה-פאזית – מבנה, דינמיקה ושליטה בחומר בקנה מידה אטומי" של דויטשה פורשונגסגמינשאפט ועל ידי המכון הוירטואלי הלמהולץ "מסלולים דינמיים בנופים רב-ממדיים".

1. תיאור ההתקנה הניסיונית
סכמטי של הגדרת קרן מולקולרית שלב הגז ודפלקטור מוצג באיור 221. הוא מורכב מ
<ol><li>שסתום אבן לביא פעמו29 המכיל את הדגימה המולקולרית. שסתומי קרן מולקולרית אחרים פעמו ניתן להשתמש באותה מידה כמו גם כל עוד קרן מולקולרית קרה (O(1 K)) נוצר. הפר?...

לאורך כתב יד זה, היכרות עם רכיבי ואקום גבוהים במיוחד, שסתומי קרן מולקולרית פעמו ומקורות לייזר הוא הניח ואת נהלי הבטיחות הקשורים תמיד צריך להיות דבק. טיפול מיוחד צריך להילקח בעת טיפול אלקטרודות מתח גבוה עבור הדפלקטור. המשטחים שלהם צריכים להיות מלוטשים ברמה גבוהה וחייבים להיות נקיים לחלוטין כדי למנוע ?...

פיזיקה מולקולרית שלב גז מודרנית וניסויים בכימיה פיזיקלית משתמשים לעתים קרובות בהרחבות על-קוליות של מולקולות מטרה כדי לייצר דגימות מולקולריות קרות באופן סיבובי בתוך קרן מולקולרית. עם זאת, אפילו בטמפרטורות סיבוביות נמוכות של 1 K, אשר ניתן להשיג באופן שגרתי באמצעות הרחבות על קוליות, מולקולות גדולות עדיין יכול להישאר קונפורמציות מרובות בתוך הקרן1. באופן דומה, ייצור אשכולות מולקולריים במקור קרן אינו גורם למין אחד, אלא להיווצרות "מרק אשכולות", המכיל סטוכיומטריות אשכול רבות ושונות, כמו גם מולקולות אב טהורות שנותרו. זה עושה את המחקר של מערכות אלה עם טכניקות חדשניות כגון הדמיה של מסלולים מולקולריים2, הפצות זוויתיות פוטואלקטרון מסגרת מולקולרית3-5 או אלקטרון6-10 ו עקיפת רנטגן11-13 קשה, כמו אלה דורשים טהור, עקבי, ודגימות הומוגניות בשלב הגז.
בעוד מספר מתודולוגיות זמינות כעת כדי להפריד קונפורמרים שונים של מינים טעונים בשלב הגז(למשל ניידות יון צינורות להיסחף14,15)וצבירים טעונים מופרדים בקלות על ידי יחס מסה לטעינה שלהם, טכניקות אלה אינן ישימות למינים ניטרליים. לאחרונה הוכחנו כי בעיות אלה ניתן להתגבר עם השימוש במכשיר הסטה אלקטרוסטטית16,17, המאפשר הפרדה של קונפורמרים מולקולריים, כמו גם אשכולות וייצור של קורות מולקולריות קרות סיבובית.
השימוש בהטיה אלקטרוסטטית היא טכניקת קרן מולקולרית קלאסית, שמקורה ללכת דרך ארוכה אחורה18,19. רעיונות ראשונים של שימוש בהטיה אלקטרוסטטית להפרדת מצבים קוונטיים הוצגו על ידי שטרן בשנת 192620. בעוד ניסויים מוקדמים נערכו על מולקולות קטנות בטמפרטורות גבוהות, אנו מדגימים את היישום של טכניקה זו למולקולות קוטב גדולות ואשכולות בטמפרטורות נמוכות16,21.
מולקולות קוטביות חוות כוח בתוך שדה חשמלי לא הומוגני (E) בשל ההבדלים המרחביים באנרגיה פוטנציאלית. כוח <img fo:content-width="0.25in" src="/files/ftp_upload/51137/force.jpg" width="30px"> זה תלוי ברגע הדיפול היעיל, μeff, של המולקולה וניתן להעריך אותו כ
<img src="/files/ftp_upload/51137/51137eq1.jpg"> (1) 
כמו קונפורמים מולקולריים שונים בדרך כלל posses רגעים dipole שונים ומספרים שונים של מולקולות ממס בתוך אשכול להוביל מסות אשכול שונות רגעים dipole, מינים אלה יחוו האצה שונה בנוכחות שדה חשמלי inhomogeneous חזק. כתוצאה מכך כוח אפקט סטארק משדה חשמלי inhomogeneous ולכן יכול לשמש להפרדת קונפורמרים ומדינות קוונטיות22. הדבר מצוין באיור 1, המציג את עקומות סטארק המחושבות עבור J = 0,1,2 מצבי סיבוב של cis ו- trans conformers של 3-פלואורופנול, בהתאמה. זה מוביל להבדלים גדולים μeff, כפי שמוצג באיורים 1c ו 1d, ומכאן האצה שונה מנוסה על ידי שני קונפורמרים בשדות חשמליים inhomogeneous. לכן, מכשיר הסטה אלקטרוסטטי יכול לשמש מפריד רגע מסה לדיפול (m /μeff), באנלוגיה ספקטרומטר מסה מתנהג כיחס מסה לטעינה (m / z)מסנן 23.
יתר על כן, טכניקות אלה מאפשרות הפרדת מצבים קוונטיים סיבוביים24,25. כמו מצבי סיבוב הקרקע (עקומות כחולות באיורים 1a ו 1b) להפגין את השינוי הגדול ביותר סטארק, אלה יוסטו ביותר ניתן להפריד מרחבית ממולקולות במדינות J גבוהות17. לכן ניתן לבחור את החלק הקר ביותר של קרן מולקולרית, המסייע באופן משמעותי ביישומים רבים, כגון יישור וכיוון של מולקולות יעד17, 26-28.
בתרומה זו אנו מראים כיצד ניתן להשתמש במכשיר הסטה אלקטרוסטטי כדי להפריד בין מינים שונים של מולקולות קוטב גדולות ואשכולות. נתונים לדוגמה מוצגים לייצור קרן טהורה של קונפורמר בודד ושל אשכול ממס מסיס של גודל ויחס מוגדרים היטב. באופן ספציפי אנו מציגים נתונים על 3-פלואורופנול, שבו קרן טהורה המכילה רק קונפורמר טרנס מיוצר, ועל אשכולות אינדול-מים, שבו אינדול (H2O)1 אשכול ניתן להפריד מרחבית מים, אינדול, אינדול (H2O)2, וכו '.

<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

פיזיקה מולקולרית שלב גז וניסויים בכימיה פיזיקלית משתמשים בדרך כלל בהרחבות על-קוליות באמצעות שסתומים פעמו לייצור קורות מולקולריות קרות. עם זאת, קורות אלה מכילות לעתים קרובות קונפורמרים ואשכולות מרובים, אפילו בטמפרטורות סיבוב נמוכות. אנו מציגים מתודולוגיה ניסיונית המאפשרת הפרדה מרחבית של חלקים מרכיבים אלה של התפשטות קרן מולקולרית. באמצעות דפלקטור חשמלי הקרן מופרדת על ידי יחס רגע מסה לדיפול שלה, מקביל בנדר או ספקטרומטר מסה מגזר חשמלי פיזור מולקולות טעונות על בסיס יחס מסה לטעינה שלהם. דפלקטור זה מנצל את אפקט סטארק בשדה חשמלי לא הומוגני ומאפשר הפרדת מינים בודדים של מולקולות ואשכולות ניטרליים בקטבים. יתר על כן, הוא מאפשר את הבחירה של החלק הקר ביותר של קרן מולקולרית, כמו אנרגיה נמוכה סיבובית מצבים קוונטיים בדרך כלל לחוות את הסטייה הגדולה ביותר. איזומרים מבניים שונים (קונפורמים) של מין יכולים להיות מופרדים בשל הסדר השונה של קבוצות תפקודיות, מה שמוביל לרגעים דיפולים ברורים. אלה מנוצלים על ידי הדפלקטור האלקטרוסטטי לייצור מדגם טהור קונפורמי מקרן מולקולרית. באופן דומה, ניתן לבחור סטויצ'יומטריות אשכול ספציפיות, שכן רגע המסה והדיפול של אשכול נתון תלוי במידת התפתורות סביב מולקולת האב. זה מאפשר ניסויים על גדלי אשכול ומבנים ספציפיים, המאפשרים מחקר שיטתי של פתירה של מולקולות נייטרליות.

טכניקת הסטה אלקטרוסטטית הוחלה בהצלחה על ההפרדה של isomers מבניים16 ואשכולות ניטרליים21, כמו גם את הייצור של מצב קוונטי סיבובי נבחר דגימות מולקולריות31. אנו מדגימים זאת עם תוצאות מייצגות להפרדת cis ו trans conformers של 3-פלואורופנול, וגודל נבחר indole (H2O)n אשכולות.
<p ...

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

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

אנו מציגים טכניקה המאפשרת הפרדה מרחבית של קונפורמרים או אשכולות שונים הנמצאים בקרן מולקולרית. דפלקטור אלקטרוסטטי משמש להפרדת מינים על ידי יחס רגע מסה לדיפול שלהם, המוביל לייצור הרכבים שלב גז של קונפורמר יחיד או stoichiometry אשכול.

הפרדה מרחבית של קונפורמרים מולקולריים ואשכולות

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

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Organic Chemistry

Physics

Unit 1

Electric Potential

Alcohols and Phenols

SCIENTISTS IN ACTION

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet VUV Synchrotron Radiation

ספקטרומטריית מסת קרן מולקולרית עם קרינת אולטרה סגולה אבק מתכוונן (VUV) Synchrotron

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy ...

Concurrent Quantitative Conductivity and Mechanical Properties Measurements of Organic Photovoltaic Materials using AFM

מוליכות כמותית במקביל ומדידת תכונות מכאנית של חומרים אורגניים באמצעות Photovoltaic AFM

Organic photovoltaic  (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale  inhomogeneity of OPV materials affects performance ...

Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

מערך צפיפות ultrahigh של nanowires אורגני קטן מולקולרי בציר אנכי על מצעים שרירותיים

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

מדידה וניתוח של מימן אטומי והמולקולרי דו האטומי ALO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, וההתפלגות מושרה הלייזר הבא TIO הספקטרום אופטית

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement ...

Proton Transfer and Protein Conformation Dynamics in Photosensitive Proteins by Time-resolved Step-scan Fourier-transform Infrared Spectroscopy

העברת פרוטון והחלבון Dynamics קונפורמציה בחלבונים רגישים לאור בזמן נפתר-Step-לסרוק פורייה-להפוך ספקטרוסקופית אינפרא אדום

Monitoring the dynamics of protonation and protein backbone conformation changes during the function of a protein is an essential step towards ...

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

גשוש C<sub&gt; 84</sub&gt; -embedded Si המצע באמצעות סריקת בדיקה מיקרוסקופית דינאמיקה מולקולארית

This paper reports an array-designed C84-embedded Si substrate fabricated using a controlled self-assembly method in an ultra-high vacuum chamber. The ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

מרוכבים Nanostructured Ag-זאוליט כמו חיישנים לחים מבוססות הארה

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy of N-polar InAlN-barrier High-electron-mobility Transistors

Beam Epitaxy המולקולרית בסיוע פלזמה של N-קוטבי InAlN-מחסום טרנזיסטורים-ניידות גבוהה-אלקטרון

Plasma-assisted molecular beam epitaxy is well suited for the epitaxial growth of III-nitride thin films and heterostructures with smooth, abrupt ...

An Analog Macroscopic Technique for Studying Molecular Hydrodynamic Processes in Dense Gases and Liquids

טכניקת מאקרוסקופית אנלוגי לימוד תהליכי Hydrodynamic מולקולרית צפופה גזים ונוזלים

An analog, macroscopic method for studying molecular-scale hydrodynamic processes in dense gases and liquids is described. The technique applies a ...

Fabrication of Schottky Diodes on Zn-polar BeMgZnO/ZnO Heterostructure Grown by Plasma-assisted Molecular Beam Epitaxy

ייצור של דיודות Schottky על Heterostructure BeMgZnO/ZnO Zn-הקוטב גדלה פלזמה בסיוע קרן מולקולרית Epitaxy

Heterostructure field effect transistors (HFETs) utilizing a two dimensional electron gas (2DEG) channel have a great potential for high speed device ...