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

Эта работа была поддержана передового опыта кластера "Гамбургский центр ультрабыстрой визуализации - структура, динамика и контроль материи в атомной шкале" Из Deutsche Forschungsgemeinschaft и Гельмгольц Виртуальный институт "Динамические пути в многомерных ландшафтов".

1. Описание экспериментальной установки
Схема установки и дефлектора молекулярного луча газовой фазы показана на рисунке 221. Она состоит из
<ol><li>Импульсный клапан Эвеном-Лави29, содержащий молекулярный образец. Другие импульсные молекулярные клапан...

На протяжении всей этой рукописи предполагается знакомство с сверхвысокими вакуумными компонентами, импульсными молекулярными лучовыми клапанами и лазерными источниками, и всегда следует соблюдать связанные с этим процедуры безопасности. Особое внимание необходимо принимать при обработке вы?...

Современные молекулярно-химические эксперименты на газовой фазе часто используют сверхзвуковые расширения молекул-мишеней для производства вращательно холодных молекулярных образцов в молекулярном луче. Однако даже при низких вращательной температуре 1 К, которая обычно может быть достигнута с помощью сверхзвуковых расширений, большие молекулы все еще могут оставаться в нескольких конформациях влуче 1. Аналогичным образом, производство молекулярных скоплений в источнике луча приводит не к одному виду, а к формированию «кластерного супа», содержащего множество различных кластерных стоихиометрий, а также оставшихся чистых родительских молекул. Это затрудняет изучение этих систем с помощью новыхметодов, таких как визуализация молекулярных орбитальных систем 2,молекулярно-каркасные фотоэлектронные угловыераспределения 3-5 или электрон6-10 и рентгеновская дифракция11-13, так как они требуют чистых, последовательных и однородных образцов в газовой фазе.
В то время как в настоящее время имеется несколько методологий для размекретить различные конформеры заряженных видов в газовой фазе (например, ионныеионные ионные дрифтерные трубки 14,15)и заряженные кластеры легко отделяются их соотношением массы к заряду, эти методы не применимы к нейтральным видам. Недавно мы продемонстрировали, что эти проблемы можно преодолеть с помощьюэлектростатического отклонения устройства 16,17,что позволяет разделение молекулярных конформеров, а также кластеров и производство вращательно холодных молекулярных лучей.
Использование электростатического отклонения является классическим методом молекулярного луча, истоки которого уходят далеконазад 18,19. Первые идеи использования электростатического отклонения для разделения квантовых состояний были введены Стерн в 1926году 20. В то время как ранние эксперименты проводились на малых молекулах при высоких температурах, мы демонстрируем применение этой техники к большим полярным молекулам ископлениям при низких температурах 16,21.
Полярные молекулы испытывают силу внутри неоднородного электрического поля(E) из-за пространственных различий в потенциальной энергии. Эта сила <img fo:content-width="0.25in" src="/files/ftp_upload/51137/force.jpg" width="30px"> зависит от эффективного дипольного момента, μэфф, молекулы и может быть оценена как
<img src="/files/ftp_upload/51137/51137eq1.jpg"> (1) 
Поскольку различные молекулярные конформисты обычно обладают различными дипольными моментами и различное количество молекул растворителя в скоплении приводят к различным кластерным массам и дипольным моментам, эти виды будут испытывать различное ускорение в присутствии сильного неоднородного электрического поля. В результате эффект Старка силы от неоднородного электрического поля, следовательно, может быть использован для разделения конформеров и квантовых состояний22. Это указано на рисунке 1, показывая рассчитанные кривые Старка для J 0,1,2 вращательного состояния cis и трансконформистов 3-фторфенола, соответственно. Это приводит к большим различиям в μ eff , как показано на рисунках 1c и 1d, и, следовательно,различноеускорение испытывают два конформеров в неоднородных электрических полей. Таким образом, электростатическое устройство отклонения может быть использовано в качестве соотношения масс-дипольных моментов(м/μэфф) сепаратор, поаналогии с масс-спектрометром, выступающим в качестве соотношения массы к заряду(м/з)фильтра 23.
Кроме того, эти методы позволяют разделение вращательного квантовогосостояния 24,25. По мере того как положения вращения земли (голубые кривые в рисунках 1a и 1b) exhibit самый большой сдвиг Stark, эти будут отклонять большое часть и можно spatially отделить от молекул в более высоких положениях J 17. Поэтому можно выбрать самая холодная часть молекулярного луча, что значительно помогает во многих приложениях, таких как выравнивание и ориентациямолекул-мишеней 17, 26-28.
В этом вкладе мы показываем, как электростатическое устройство отклонения может быть использовано для пространственного разделения различных видов крупных полярных молекул и скоплений. Приведены примеры для производства чистого пучка отдельного конформера и растворительного кластера четко определенных размеров и соотношения. В частности, мы представляем данные о 3-фторфенол, где чистый луч, содержащий только трансконформера производится, и на индоль-вода кластеров, где индоль (H2O)1 кластер может быть пространственно отделены от воды, идола, идола (H2O) 2 ит.д. .

<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

В экспериментах по молекулярной физике и физической химии на газовой фазе обычно используются сверхзвуковые расширения через импульсные клапаны для производства холодных молекулярных лучей. Однако эти лучи часто содержат несколько конформеров и скоплений, даже при низких температурах вращения. Мы представляем экспериментальную методологию, которая позволяет пространственное разделение этих составных частей расширения молекулярного луча. С помощью электрического дефлектора луч отделяется соотношением массы к диполю, аналогично бендеру или масс-спектрометру электрического сектора, пространственно рассеив заряженные молекулы на основе их соотношения массы к заряду. Этот дефлектор использует эффект Старка в неоднородном электрическом поле и позволяет размекать отдельные виды полярных нейтральных молекул и скоплений. Кроме того, он позволяет получить наиболее холодную часть молекулярного луча, так как низкоэнергоимунные квантовые состояния обычно испытывают наибольшее отклонение. Различные структурные изомеры (конформеры) вида могут быть разделены из-за разного расположения функциональных групп, что приводит к различным дипольным моментам. Они эксплуатируются электростатическим дефлектором для производства конформациально чистого образца из молекулярного луча. Аналогичным образом, могут быть выбраны специфические кластерные стоихиометрии, так как масса и дипольный момент данного скопления зависят от степени солвации вокруг родительской молекулы. Это позволяет проводить эксперименты на конкретных размерах и структурах скоплений, что позволяет систематически изучать разрешимые нейтральные молекулы.

Техника электростатического отклонения успешно применяется при разделении структурныхизомеров 16 и нейтральныхкластеров 21,а также при производстве вращения квантового состояния отобранных молекулярных образцов31. Мы демонстрируем это с репрезентативными результа?...

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

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Мы представляем технику, которая позволяет пространственное разделение различных конформеров или кластеров, присутствующих в молекулярном луче. Электростатический дефлектор используется для разъединности видов по соотношению массы к диполю, что приводит к выработке газо-фазных ансамблей одного конформера или кластерной стоихиометрии.

Пространственное разделение молекулярных конформеров и кластеров

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

Молекулярная масс-спектрометрии ширина с перестраиваемой вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) синхротронного излучения

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

Параллельно Количественные проводимости и механических измерений свойств органических фотогальванических материалов с помощью АСМ

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

Сверхвысокой плотности массивов вертикально ориентированных малых органических молекулярных нанопроволок по произвольным подложках

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

Измерительные атомарного водорода и двухатомном молекулярной AlO, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, и TiO Спектры следующих Лазерно-индуцированное Оптический пробой

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

Протон Передача и конформации белка Динамика в светочувствительных белков с временным разрешением Шаг сканирования ИК-Фурье спектроскопии

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

Зондирование C<sub&gt; 84</sub&gt; -вложено Si подложки с помощью сканирующей зондовой микроскопии и молекулярной динамики

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

Наноструктурные Ag-цеолита композиты как люминесценция на основе датчиков влажности

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

С помощью плазмы молекулярно-лучевой эпитаксии N-полярная InAlN-барьерные Транзисторы высокого электронно-мобильности

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

Аналоговый макроскопических методика для изучения молекулярных гидродинамические процессы в плотных газов и жидкостей

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

Производство диодов Шоттки на Zn Полярный BeMgZnO/ZnO гетероструктуры, выращенных при содействии плазмы Молекулярно-пучковая эпитаксия

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