Summary
Vi presenterar en teknik som möjliggör rumslig separation av olika konformatorer eller kluster som finns i en molekylär stråle. En elektrostatisk deflektor används för att separera arter genom deras massa-till-dipol momentförhållande, vilket leder till produktion av gasfasensembler av en enda konformator eller kluster stoichiometry.
Abstract
Gasfasmolekylfysik och fysikaliska kemiexperiment använder ofta överljudsexpansioner genom pulserade ventiler för produktion av kalla molekylära strålar. Dessa balkar innehåller dock ofta flera konformatorer och kluster, även vid låga rotationstemperaturer. Vi presenterar en experimentell metodik som möjliggör rumslig separation av dessa beståndsdelar i en molekylärstråleexpansion. Med hjälp av en elektrisk deflektor separeras strålen av dess vikt-till-dipol momentförhållande, analogt med en bändare eller en elektrisk sektor massa spektrometer rumsligt sprida laddade molekyler på grundval av deras massa-till-laddning förhållande. Denna deflektor utnyttjar Stark-effekten i ett inhomogent elektriskt fält och möjliggör separation av enskilda arter av polära neutrala molekyler och kluster. Det tillåter dessutom valet av den kallaste delen av en molekylär stråle, eftersom lågenergirotations kvanttillstånd i allmänhet upplever den största avböjningen. Olika strukturella isomerer (konformatorer) av en art kan separeras på grund av olika arrangemang av funktionella grupper, vilket leder till distinkta dipolögonblick. Dessa utnyttjas av den elektrostatiska deflektorn för produktion av ett konformationsmässigt rent prov från en molekylär stråle. På samma sätt kan specifika kluster stoichiometries väljas, eftersom massan och dipolögonblicket för ett givet kluster beror på graden av löselse runt föräldramolekylen. Detta möjliggör experiment på specifika klusterstorlekar och strukturer, vilket möjliggör systematisk studie av löselse av neutrala molekyler.
Introduction
Modern gasfasmolekylfysik och fysikaliska kemiexperiment använder ofta överljudsexpansioner av målmolekyler för att producera rotationskylmolekylprover inom en molekylärstråle. Men även vid låga rotationstemperaturer på 1 K, som rutinmässigt kan uppnås med överljudsexpansioner, kan stora molekyler fortfarande förbli i flera konformationer inomstrålen 1. På samma sätt resulterar produktionen av molekylära kluster i en strålkälla inte i en enda art, utan snarare i bildandet av en "klustersoppa", som innehåller många olika kluster stoichiometrier, liksom återstående rena föräldramolekyler. Detta gör studien av dessa system med nya tekniker som avbildning avmolekyläraorbitals 2 , molekylär-ram fotoelektron vinkelfördelningar3-5 eller elektron6-10 och röntgendiffraktion11-13 svårt, eftersom dessa kräver rena, konsekventa och homogena prover i gasfasen.
Flera metoder finns nu tillgängliga för att separera olika konformörer av laddade arter i gasfasen (t.ex. jonrörrör14,15) och laddade kluster är lätt åtskilda av deras mass-till-laddning-förhållande, men dessa tekniker är inte tillämpliga på neutrala arter. Vi har nyligen visat att dessa problem kan övervinnas med hjälp av en elektrostatisk avböjningsanordning16,17, vilket möjliggör separation av molekylära konformatorer samt kluster och produktion av rotationskylda molekylära strålar.
Användningen av elektrostatisk avböjning är en klassisk molekylär strålteknik, vars ursprung går långt tillbaka18,19. De första idéerna om att använda elektrostatisk avböjning för separation av kvanttillstånd introducerades av Stern 192620. Medan tidiga experiment utfördes på små molekyler vid höga temperaturer, visar vi tillämpningen av denna teknik på stora polära molekyler och kluster vid låga temperaturer16,21.
Polarmolekyler upplever en kraft inom ett inhomogent elektriskt fält (E) på grund av de rumsliga skillnaderna i potentiell energi. Denna kraft 
är beroende av det effektiva dipolögonblicket, μeff, av molekylen och kan utvärderas som
(1)
Eftersom olika molekylära konformörer vanligtvis har olika dipolögonblick och olika antal lösningsmedelsmolekyler inom ett kluster leder till olika klustermassor och dipolmoment, kommer dessa arter att uppleva en annan acceleration i närvaro av ett starkt inhomogent elektriskt fält. Den resulterande Stark-effektkraften från ett inhomogent elektriskt fält kan därför användas för separation av konformatorer och kvanttillstånd22. Detta anges i figur 1, som visar de beräknade Stark-kurvorna för J = 0,1,2 rotations tillstånd för cis och trans conformers av 3-fluorofenol, respektive. Detta leder till stora skillnader μeff, som visas i figurerna 1c och 1d, och därför upplevs en annan acceleration av de två konforma i inhomogena elektriska fält. Därför kan en elektrostatisk avböjningsanordning användas som en massa-till-dipol momentförhållande(m/μeff)separator, i analogi med en masspektrometer som fungerar som ett mass-till-laddningsförhållande(m/z)filter23.
Dessutom tillåter dessa tekniker separation av rotations kvanttillstånd24,25. Eftersom markrotationsstaterna (blå kurvor i figurerna 1a och 1b) uppvisar den största Stark-skiftet, kommer dessa att avledas mest och kan separeras rumsligt från molekyler i högre J-tillstånd 17. Den kallaste delen av en molekylär stråle kan därför väljas, vilket avsevärt hjälper i många applikationer, såsom inriktning och orientering avmålmolekyler 17, 26-28.
I detta bidrag visar vi hur en elektrostatisk avböjningsanordning kan användas för att rumsligt separera olika arter av stora polära molekyler och kluster. Exempeldata presenteras för produktion av en ren stråle av en enskild konformör och av ett lösningsmedelskluster av väldefinierad storlek och förhållande. Specifikt presenterar vi data om 3-fluorofenol, där en ren stråle som endast innehåller transkonformören produceras, och på indol-vattenkluster, där indol (H2O)1-klustret kan separeras rumsligt från vatten, indol, indol(H2O)2 , etc.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Beskrivning av experimentinställningen
Ett schema över gasfasens molekylstråleinställning och deflektor visas i figur 221. Den består av
- En pulserad Even-Lavie ventil29 som innehåller molekylärprovet. Andra pulserade molekylära strålventiler kan användas lika bra så länge en kall molekylär stråle (O(1 K)) bildas. Följande parametrar är specifika för den använda Even-Lavie-ventilen. I de experiment som presenteras här drivs ventilen med 20 Hz repetitionshastighet med högt understödstryck (helium vid ~ 50 bar) och expanderas till en vakuumkammare evakuerad till <10-6 mbar.
- En molekylär balkskimmer (2 mm diameter) placeras 22 cm nedströms från ventilen, vilket kolliderar molekylstrålen och leder till differentiella pumpförhållanden mellan den pulsade ventilen och resten av vakuumsystemet.
- Omedelbart efter skimmern kommer molekylerna in i den elektrostatiska avböjningsanordningen. Denna består av en stång (radie 3,0 mm) och ett tråg (krökningsradie 3,2 mm), var och en 24 cm lång. Det vertikala gapet mellan elektroderna i mitten av enheten är 2,3 mm. En potentiell skillnad mellan 0-26 kV appliceras mellan stången och tråget, vilket ger ett starkt inhomogent elektriskt fält med en nästan konstantfältgradient 30, som anges i inset i figur 2.
- Direkt efter deflektormolekylerna kommer in i interaktionsregionen genom en andra skimmer, vilket ger ytterligare ett differentialpumpningssteg.
- Interaktionsregionen (evakuerad till tryck <10-9 mbar) innehåller en standard Wiley-McLaren-inställning för flygtid (TOF). Molekyler joniseras av fokuserade laserpulser i mitten av extraktionsregionen, mellan repeller- och extraktorelektroder. Producerade joner accelereras mot en MCP-detektor (Multichannel Plate), där ett masspektrum registreras.
- Laserpulser härleds från en Nd:YAG-pumpad färglaser, vilket ger typiska uteffektvåglängder runt 283 nm (indoleexperiment) eller 272 nm (3-fluorofenolexperiment) och pulsenergier på några mJ. Pulsens varaktigheter är i storleksordningen 10 nsec och pulserna är fokuserade med en f = 750 mm lins till en spotstorlek på ~ 100 μm i interaktionsregionen.
- Tidssekvensen styrs av en digital fördröjningsgenerator som ger huvudklockan. Detta utlöser Nd:YAG-lasern (blixtlampor och Q-switch), den pulsade ventilen och digitizerkortet som används för att spela in masspektra.
- Masspektra registreras på ett digitizerkort, utlöst samtidigt som laserNQ-knappen. Molekylstrålens densitet extraheras från lämpliga massgrindar i det registrerade tidsspektrat.
2. Produktion och karakterisering av en konformator vald molekylärstråle
- En kall molekylär stråle av målmolekylerna skapas via överljudsexpansion och kännetecknas av rumslig (x, y riktning) och temporal (z riktning) profilering.
- Ladda provbehållaren på den pulsade ventilen med det kemiska provet. Lös upp fasta prover i ett lämpligt lösningsmedel och lägg några droppar på ett litet filterpapper som sätts in i provpatronen. Placera vätskeprover direkt på filterpapperet.
- Producera den överljudsexpansionen med hjälp av en hög renhetsgas med högt tryck. Justera provbehållarens temperatur i ventilen så att provets deltryck är ca 10 mbar.
Obs: För vätskeprover är vanligtvis ingen uppvärmning nödvändig. Ventilöppningstiden beror på den exakta modellen av pulsventil som används, för de experiment som presenteras här drivs Even-Lavie-ventilen med en elektrisk pulstid på 10 μsec. - Karakterisera den producerade molekylärstrålen med den elektrostatiska deflektorn avstängd. Ställ in joniseringslasern på en känd våglängd för resonansförbättrad multifotojonisering (REMPI) av en viss konformator av provet. Registrera en temporal profil av den molekylära strålpulsen genom att övervaka det totala föräldrajonutbytet på MCP-detektorn som en funktion av ventil-laserfördröjning.
- Fixera ventil-laserfördröjningen vid positionen för maximal intensitet för alla efterföljande mätningar.
- Registrera en tvärgående rumslig profil för den molekylära strålen genom att övervaka den totala föräldrajonutbytet som en funktion av laserfokusets y-position. Gör detta genom att flytta fokuseringslinsen vinkelrätt mot laserutbredningsriktningen, så att fokus rör sig i y-riktningen i förhållande till molekylstrålen.
- Upprepa den tidsmässiga och rumsliga profilering för alla konforma av intresse för strålen.
Obs: Dessa har vanligtvis distinkta REMPI-resonanser, så att varje konformator kan undersökas separat. I avsaknad av ett avböjningsfält är dock de tidsmässiga och rumsliga profilerna identiska för alla konforma. - Karakterisering av den avböjda strålen. Slå på högspänningstillförseln till deflektorn och registrera rumsliga profiler för alla isomererer. Dessa bör nu avledas enligt förhållandet mellan massa och dipolmoment.
Anm.: För arter som genomgår stora avböjningar kan det vara nödvändigt att flytta skimmern omedelbart efter deflektorn för att säkerställa god överföring av den avböjda strålen till detektionsområdet. - Utföra experiment på den konforma eller storleksvalda delen av den molekylära strålen genom att säkerställa att interaktionen(t.ex. en korsande laserstråle) sker inom den del av molekylstrålen som endast innehåller de arter som är av intresse.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Den elektrostatiska avböjningstekniken har framgångsrikt tillämpats på separationen av strukturella isomerer16 och neutralakluster 21, liksom produktionen av rotations kvanttillstånd utvalda molekylära prover31. Vi visar detta med representativa resultat för separation av cis och trans conformers av 3-fluorophenol, och storlek valt indole (H2O)n kluster.
3-Fluorophenol konformörer separerades i en molekylär stråle från överljuds expansion av 50 barer helium. De enskilda arterna undersöktes via sina distinkta REMPI resonanser runt 272 nm32. På grund av dess betydligt större dipolmoment (se figur 1) upplever transkonformaren en större avböjning efter passage genom deflektorn och är rumsligt separerad från cis-konformatorn och strålens bärgas.
För att karakterisera den molekylära strål som bildas under överljudsexpansion samlas en temporal profil in med den elektrostatiska deflektorn avstängd, som visas i figur 3. Som jämförelse visas också en temporal profil av en neon såddstråle. För heliumbärgas observerar vi en temporal bredd på cirka 12 μsec full bredd vid halva max (FWHM), typiskt för en expansion från en Even-Lavie-ventil under dessa driftsförhållanden.
Den rumsliga fördelningen av molekylstrålen övervakas genom översättning av REMPI-lasern i förhållande till molekylstrålens riktning, och rumsliga profiler visas i figur 4. Detta visar den rumsliga omfattningen av cis (röd spårning) och trans (blå spår) konforma vid två olika avböjningsfält, skapade genom att tillämpa en potentiell skillnad på 14 kV eller 28 kV över deflektorn. För jämförelse visas fältfria profiler i båda diagramplotterna av kurvorna magenta (cis) och cyan(trans). Dessa ger en rumslig bredd på den molekylära strålen på ca 2 mm och visar att utan deflektorn blandas båda arterna i strålen. I närvaro av ett avböjningsfält genomgår transkonformören en betydligt större avböjning än cis-konformören och kan effektivt separeras från de andra arterna som finns i strålen, så att ett rent transprov skapas och kan användas för ytterligare experiment vid en position av y = 3 mm.
Klusterseparation demonstreras genom överljudsexpansion av indol i en "våt" bärarstråle av helium som innehåller spårmängder av vatten, vilket leder till bildandet av molekylära kluster av typen indolm(H2O)n. Enligt litteraturen och ab initioberäkningarna har indol(H2O)1 kluster ett betydligt större dipolmoment (4,4 D) än ren indol (1,96 D), vatten (1,86 D) eller indol(H2O)2 kluster, och bör därför avledasmest 21,33. Alla indolinnehållande arter kan selektivt undersökas via REMPI cirka 283 nm24,35, med hjälp av den lägsta energin som tillåts elektronisk excitation övergång av indol. Eftersom detta resonanta excitationssteg innebär olika frekvenser beroende på solvation av indol, är detektionen helt artselektiv. Den molekylära strålens rumsliga profiler visas i figur 5, dessa har registrerats med en potentiell skillnad på 26 kV mellan stången och trågelektroden och är helt artselektiva för indol (blå), indol(H2O)1 (röd) och indol(H2O)2 (grön). Linjerna anger simulerade värden. detaljer om numeriska simuleringsmetoder finns i litteraturen17,21. För jämförelse visas en fältfri (deflektor jordad) rumslig profil av den svarta kurvan. Som förväntat upplever 1:1-klustret av indol och vatten den största avböjningen och vid en position av y = 2-3 mm skapas en ren stråle av indole(H2O)1. För att belysa deflektorns effekt på den rumsliga molekylärstråleprofilen visar insetet i figur 5 indolens molekylärstråletäthet (H2O)1 som en funktion av potentiell skillnad som appliceras över deflektorn. Det indikerar att när fältstyrkan ökar upplever den kallaste delen av molekylstrålen en ökande avböjning, medan de varmare beståndsdelarna upplever en betydligt mindre rumslig separation och viss densitet förblir i den ursprungliga positionen. Detta belyser dessutom valet av den kallaste delen av den molekylära strålen.
Figur 1. Beräknade Stark energier E (överst) och effektiva dipolögonblick μeff (botten) för cis och trans conformers av 3-fluorofenol. Den blå linjen motsvarar J = 0 rotationsmarkstillstånd, de röda linjerna till J = 1 och grön till J = 2 tillstånd. Den upplevda avböjningen står i proportion till μeff/m (Ekvation 1). Därför upplever lägre rotations kvanttillstånd, som uppvisar större μeff, en större avböjning och kan därför separeras. På samma sätt leder den betydligt μavluftningen för transkonformatorn till en större rumslig avböjning efter passage genom den elektrostatiska deflektorn.
Figur 2. Den experimentella installationen, som består av en pulsad ventil som skapar en överljudsutvidgning av målmolekyler, en elektrostatisk deflektor och ett detektionsregion med tid-av-flygning massa spektrometer. Insetet visar det inhomogena elektriska fältet som skapas inuti deflektorn för spänningar på ±13 kV som appliceras på stången respektive tråget.
Klicka här om du vill visa större bild.
Figur 3. Temporal profil av molekylärstrålen för helium (vid 380 μsec) och neon (vid 826 μsec) bärgas. Strålens temporala bredd är ungefär 3% respektive 4% av den totala flygtiden för helium respektive neon.
Figur 4. Rumsliga profiler av den molekylära strålen som innehåller 3-fluorofenol, sonderade selektivt för cis (röda) och trans (blå) konforma, med deflektorn vid potentiella skillnader på a) 14 kV och (b) 28 kV. Som jämförelse visas fältfri profil (deflektor vid 0 kV) i båda tomterna med magenta- och cyanspår(cis respektive trans).
Figur 5. Rumsliga profiler av indol (blå), indol(H2O)1 (röd) och indol(H2O)2 (grön) för en deflektorpotential på 28 kV. Visas för jämförelse är den fältfria profilen för indole (svart). Heldragna linjer i huvudpanelen indikerar simuleringar. Inset är de uppmätta rumsliga profilerna för indol(H2O)1 vid olika potentiella skillnader som appliceras över deflektorn.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Genom hela detta manuskript antas förtrogenhet med ultrahöga vakuumkomponenter, pulsade molekylärstråleventiler och laserkällor och tillhörande säkerhetsprocedurer bör alltid följas. Särskild försiktighet måste vidtas vid hantering av högspänningselektroder för deflektorn. Deras ytor måste poleras till hög standard och måste vara helt rena för att undvika bågning inuti vakuumkammaren. Före första användningen ska elektroderna konditioneras under vakuum. Spänningen som appliceras ökas långsamt och strömmen genom elektroderna mäts. Elektroderna bör inte dra någon ström (i storleksordningen några nA som mest), oberoende av den applicerade spänningen. Ett typiskt konditioneringsschema för stegvis ökning av den applicerade spänningen är följande: 0-6 kV i 3 kV steg, 6-10 kV i 1 kV steg, 10-15 kV i 0,5 kV steg. Vid varje steg ska spänningen lämnas konstant i minst 15 minuter och strömmen övervakas.
Av avgörande betydelse när man sätter upp ett avböjningsexperiment är justeringen av de molekylära strålkomponenterna. Den första justeringen av installationen bör utföras med en justeringslaser, vilket säkerställer siktlinje från den pulserade ventilen, genom skimmers och deflektorn in i mitten av detektionsområdet. Det är dessutom lämpligt att placera molekylstråleskimmers på xy-översättning (radiella riktningar enligt definitionen i figur 2) fästen, för att optimera den observerade signalen. Detta kringgår dessutom ett problem som uppstår för arter av stora dipolögonblick, eller när man använder mycket starka avböjningsfält. Om den rumsliga separationen är för stor kommer molekyler inte längre att färdas genom den sista skimmern. En flyttbar skimmer gör det möjligt att optimera överföringen av de arter av intresse samtidigt som man diskriminerar andra.
Det bör noteras att det är molekylerna i lågenergirotations kvanttillstånd som har den största Stark-interaktionen (som anges i figur 1) och därför upplever den största avböjningen. Eftersom avböjningstekniken inte förändrar befolkningsfördelningen, utan bara sprider den befintliga strålen, är det viktigt att de låga J-staterna först befolkas. Detta kräver en bra överljudsexpansion från munstycket, vilket ger en kall molekylär stråle med typiska temperaturer på cirka 1 K eller mindre 27.
Den elektrostatiska avböjningsteknikens allmänna tillämplighet för separation av konformations- eller kluster är beroende av skillnaderna i förhållandet mellan massa och dipolmoment för den art som ska separeras. När det gäller olika konformatorer stöter man vanligtvis på olika dipolmoment på grund av olika orienteringar av funktionella grupper inom en art, medan för kluster är massval mycket önskvärt för att möjliggöra separation av specifika kluster stoichiometries, liksom kluster isomerer av en viss storlek. Det finns flera alternativ för att öka den rumsliga separationen. Ett tillvägagångssätt är att öka molekylernas interaktionstid med det elektrostatiska fältet. Detta kan uppnås genom att använda en långsammare molekylär stråle, till exempel genom användning av tyngre(t.ex.neon, argon eller krypton) underlagsgas. Alternativt skulle tillverkningen av en längre deflektor på samma sätt öka interaktionstiden. Ett annat tillvägagångssätt för att öka den rumsliga separationen som uppnås är användningen av högre avböjningsfält, antingen genom att öka den applicerade spänningen eller genom att minska gapet mellan de två elektroderna. Svårigheten för båda dessa metoder är risken för bågning mellan de två elektroderna, vilket potentiellt kan skada elektroderna bortom reparation. Den maximala potentiella skillnaden som säkert kan appliceras (under ultrahöga vakuumförhållanden) beror avgörande på de material som används och kvaliteten på ytfinishen.
Medan olika konformörer av molekyler tidigare kunde studeras med hjälp av högupplösta spektroskopiska metoder, med hjälp av derasdistinkta mikrovågsugn 36,IR eller UV-Vis1,37 spektra, tillåter den elektrostatiska avböjningsmetoden som presenteras här produktionen av en ren stråle av en enda molekylär art. Andra elektrodgeometrier kan användas för att välja neutrala molekyler eller kluster, t.ex. Dessa enheter är dock betydligt större (>1 m) och mycket mer komplexa att tillverka och installera. Dessutom är de extremt känsliga för mekaniker missalignment24. Den presenterade statiska tvåtrådiga fältdeflektorn består av en enkel geometri som kan införlivas i befintliga molekylärstråleinställningar30,41-44.
Vi ser de framtida tillämpningarna av denna teknik inom tre huvudområden. För det första studien av konformerspecifik reaktivitet. Med hjälp av den elektrostatiska deflektorn kan en konformt ren provstråle skapas, som sedan kan användas för att studera kemiska egenskaper och reaktiviteter hos en enda strukturell isomer och klusterstorlek.
För det andra systematiska studier av löselse av neutrala molekyler. Genom att använda m/μ-väljaren kan molekylära kluster skapas med en väldefinierad stoichiometry. Att systematiskt studera molekylära kluster av ökande storlek gör det möjligt att studera lösviktseffekter och försöker överbrygga klyftan mellan den kondenserade fasen, där de flesta kemin sker, och gasfasen, som möjliggör högupplösta studier. Denna teknik är väletablerad för molekylärajoner 45-48, men bristen på storlek selektivitet för neutrala har hittills begränsat studien av neutral molekylhyllor, t.ex.med hjälp av ultrasnabba bildframställning experiment.
För det tredje möjliggör den elektrostatiska deflektorn valet av den kallaste delen av molekylstrålen, på grund av den större Stark-effekten för lågenergirotations kvanttillstånd. Detta underlättar avsevärt 1D- och 3D-inriktnings- ochorienteringsexperiment 17,26,27,49. Detta är en avgörande förutsättning för nästa generations molekylära fysikexperiment som extraherar molekylär raminformation från komplexa molekyler, såsom molekylär orbital imaging2 eller diffraktion50 experiment.
Den presenterade elektrostatiska avböjningsmetoden är ny, men bygger på konceptuellt enkla och väletablerade idéer, och leder till separation av arter inom en molekylär stråle genom deras mass-till-dipol momentförhållande, med hjälp av Stark-effekten. Det möjliggör skapandet av kalla, konforma och massvalda molekylära strålar, vilket möjliggör många tillämpningar inom molekylär fysik och fysisk kemi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete har fått stöd av excellensklustret "Hamburg Center for Ultrafast Imaging – Structure, Dynamics and Control of Matter at the Atomic Scale" från Deutsche Forschungsgemeinschaft och av Helmholtz Virtual Institute "Dynamic Pathways in Multidimensional Landscapes".
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Vacuum system | various, e.g. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold | ||
| Dye laser system | various, e.g. Coherent, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes… | ||
| Pulsed valve | Even-Lavie | ||
| High voltage power supply | eg. FUG | HCP 14-20000 | |
| Deflector | Custom made | ||
| Time-of-flight spectrometer | Jordan TOF | C-677 | |
| TOF power supply | Jordan TOF | D-603 | |
| Focusing lens | Thorlabs | LA4745 | |
| Translation stage | e.g. Vision Lasertechnik | 8MT167-25 | |
| Digitizer | e.g. Agilent | Acquiris DC440 | |
| Digital delay generator | Stanford Systems | SRS DG645 | |
| Molecular beam skimmer | Beam Dynamics Inc. | http://www.beamdynamicsinc.com/ |
References
- Rizzo, T. R., Park, Y. D., Peteanu, L., Levy, D. H. Electronic spectrum of the amino acid tryptophan cooled in a supersonic molecular beam. J. Chem. Phys. 83, 4819-4820 (1985).
- Itatani, J., et al.
- Kumarappan, V., et al. Multiphoton electron angular distributions from laser-aligned CS2 molecules. Phys. Rev. Lett. 100 (9), 093006-0910 (2008).
- Bisgaard, C. Z., et al. Time-resolved molecular frame dynamics of fixed-in-space CS2 molecules. Science. 323 (5920), 1464-1468 (2009).
- Holmegaard, L., et al. Photoelectron angular distributions from strong-field ionization of oriented molecules. Nat. Phys. 6, 428-4210 (2010).
- Ihee, H., et al. Direct imaging of transient molecular structures with ultrafast diffraction. Science. 291 (5503), 458-462 (2001).
- Chergui, M., Zewail, A. H. Electron and x-ray methods of ultrafast structural dynamics: Advances and applications. Chem. Phys. Chem. 10 (1), 28-43 (2009).
- Siwick, B. J., Dwyer, J. R., Jordan, R. E., Miller, R. J. D. An atomic-level view of melting using femtosecond electron diffraction. Science. 302 (5649), 1382-1385 (2003).
- Sciaini, G., Miller, R. J. D. Femtosecond electron diffraction: heralding the era of atomically resolved dynamics. Rep. Prog. Phys. 74 (9), 096101-0910 (2011).
- Hedberg, K., et al. Bond lengths in free molecules of buckminsterfullerene, C60, from gas-phase electron diffraction. Science. 254 (5030), 410-412 (1991).
- Filsinger, F., Meijer, G., Stapelfeldt, H., Chapman, H., Küpper, J. S. tate- and conformerselected beams of aligned and oriented molecules for ultrafast diffraction studies. Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (6), 2076-2087 (2011).
- Seibert, M. M., et al. Single mimivirus particles intercepted and imaged with an x-ray laser. Nature. 470 (7332), (2011).
- Chapman, H. N., et al.
- von Helden, G., Wyttenbach, T., Bowers, M. T. Conformation of macromolecules in the gasphase – use of matrix-assisted laser-desorption methods in ion chromatography. Science. 267, 1483-1485 (1995).
- Jarrold, M.
- Filsinger, F., et al. Pure samples of individual conformers: the separation of stereo-isomers of complex molecules using electric fields. Angew. Chem. Int. Ed. 48, (2009).
- Filsinger, F., et al. Quantum-state selection, alignment, and orientation of large molecules using static electric and laser fields. J. Chem. Phys. 131, 10-1063 (2009).
- Kallmann, H., Reiche, F. Über den Durchgang bewegter Moleküle durch inhomogene Kraftfelder. Z. Phys. 6, 352-375 (1921).
- Wrede, E. Über die Ablenkung von Molekularstrahlen elektrischer Dipolmoleküle im inhomogenen elektrischen Feld. Z. Phys. 44 (4-5), 4-5 (1927).
- Gerlach, W., Der Stern, O. experimentelle Nachweis der Richtungsquantelung im Magnetfeld. Z. Phys. 9, 349-352 (1922).
- Trippel, S., Chang, Y. -P., Stern, S., Mullins, T., Holmegaard, L., Küpper, J. Spatial separation of state- and size-selected neutral clusters. Phys. Rev. A. 86, 10-1103 (2012).
- Filsinger, F., Erlekam, U., von Helden, G., Küpper, J., Meijer, G. Selector for structural isomers of neutral molecules. Phys. Rev. Lett. 100, 10-1103 (2008).
- Filsinger, F., Putzke, S., Haak, H., Meijer, G., Küpper, J.
- Putzke, S., Filsinger, F., Haak, H., Küpper, J., Meijer, G.
- Nielsen, J. H., et al. Stark-selected beam of ground-state OCS molecules characterized by revivals of impulsive alignment. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 18971-18975 (2011).
- Stapelfeldt, H., Seideman, T. Colloquium: Aligning molecules with strong laser pulses. Rev. Mod. Phys. 75 (2), 543-557 (2003).
- Holmegaard, L., et al. Laser-induced alignment and orientation of quantum-state-selected large molecules. Phys. Rev. Lett. 102, 10-1103 (2009).
- Ghafur, O., Rouzee, A., Gijsbertsen, A., Siu, W. K., Stolte, S., Vrakking, M. J. J. Impulsive orientation and alignment of quantum-state-selected NO molecules. Nat. Phys. 5, 289-293 (2009).
- Hillenkamp, M., Keinan, S., Even, U. Condensation limited cooling in supersonic expansions. J. Chem. Phys. 118 (19), 8699-8705 (2003).
- Ramsey, N. F. Molecular Beams. The International Series of Monographs on Physics. , Oxford University Press. London, GB. (1956).
- Nielsen, J. H., Stapelfeldt, H., Küpper, J., Friedrich, B., Omiste, J. J., González-Férez, R. Making the best of mixed-field orientation of polar molecules: A recipe for achieving adiabatic dynamics in an electrostatic field combined with laser pulses. Phys. Rev. Lett. 108 (19), 10-1103 (2012).
- Fujimaki, E., Fujii, A., Ebata, T., Mikami, N. Autoionization-detected infrared spectroscopy of intramolecular hydrogen bonds in aromatic cations. I. principle and application to fluorophenol and methoxyphenol. J. Chem. Phys. 110, 4238-4247 (1999).
- Kang, C., Korter, T. M., Pratt, D. W. Experimental measurement of the induced dipole moment of an isolated molecule in its ground and electronically excited states: Indole and indole–H2O. J. Chem. Phys. 122 (17), 174301-17 (2005).
- Korter, T. M., Pratt, D. W., Küpper, J. Indole-H2O in the gas phase. structures, barriers to internal motion, and S1 S0 transition moment orientation. solvent reorganization in the electronically excited state. J. Phys. Chem. A. 102 (37), 7211-7216 (1998).
- Küpper, J., Pratt, D. W., Meerts, L., Brand, C., Tatchen, J., Schmitt, M. Vibronic coupling in indole: II. experimental investigation of the 1La–1Lb interaction using rotationally resolved electronic spectroscopy. Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 4980-4988 (2010).
- Suenram, R. D., Lovas, F. J. Millimeter wave spectrum of glycine - a new conformer. J. Am. Chem. Soc. 102, 7180-7184 (1980).
- Nir, E., Kleinermanns, K., de Vries, M. S. Pairing of isolated nucleic-acid bases in the absence of the DNA backbone. Nature. 408, 949-951 (2000).
- Bethlem, H. L., van Roij, A. J. A., Jongma, R. T., Meijer, G. Alternate gradient focusing and deceleration of a molecular beam. Phys. Rev. Lett. 88 (13), 10-1103 (2002).
- Wohlfart, K., Grätz, F., Filsinger, F., Haak, H., Meijer, G., Küpper, J. Alternating-gradient focusing and deceleration of large molecules. Phys. Rev. A. 77, 10-1103 (2008).
- Putzke, S., Filsinger, F., Küpper, J., Meijer, G. Alternating-gradient focusing of the benzonitrile-argon van der waals complex. J. Chem. Phys. 137 (10), 10-1063 (2012).
- Knight, W. D., Clemenger, K., de Heer, W. A., Saunders, W. A.
- Tarnovsky, V., Bunimovicz, M., Vuškovic, L., Stumpf, B., Bederson, B. Measurements of the DC electric-dipole polarizabilities of the alkali dimer molecules, homonuclear and heteronuclear. J. Chem. Phys. 98 (5), 3894-3904 (1993).
- Schäfer, R., Schlecht, S., Woenckhaus, J., Becker, J. Polarizabilities of Isolated Semiconductor Clusters. Phys. Rev. Lett. 76 (3), 471-474 (1996).
- Antoine, R., et al. Electric dipole moments and conformations of isolated peptides. Eur. Phys. J. D. 20, 583-587 (2002).
- Cosby, P. C., Smith, G. P., Moseley, J. T. Photodissociation and photodetachment of molecular negative ions. IV. Hydrates of O. J. Chem. Phys. 69, 2779-2781 (1978).
- Hunton, D. E., Hofmann, M., Lindeman, T. G., Albertoni, C. R., Castleman Jr,, W, A. Photodissociation spectroscopy and dynamics of negative ion clusters. II. CO. (H2O)1;2;3. J. Chem. Phys. 82, 2884-2895 (1985).
- Castleman, A. W., Bowen J, K. H., J, Clusters: Structure, energetics, and dynamics of intermediate states of matter. J. Phys. Chem. 100, 12911-12944 (1996).
- Verlet, J. R. R. Femtosecond spectroscopy of cluster anions: insights into condensed-phase phenomena from the gas-phase. Chem. Soc. Rev. 37, 505-517 (2008).
- Nevo, I., et al. Laser-induced 3D alignment and orientation of quantum state-selected molecules. Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 9912-9918 (2009).
- Reckenthaeler, P., Centurion, M., Fuss, W., Trushin, S. A., Krausz, F., Fill, E. E. Time-resolved electron diffraction from selectively aligned molecules. Phys. Rev. Lett. 102 (21), 213001-2110 (2009).
