Molecular Beam Massenspektrometrie mit Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotronstrahlung
Summary
Ein Molekularstrahl gekoppelt abstimmbaren Vakuum-Ultraviolett-Photoionisation Massenspektrometer an einem Synchrotron bietet ein geeignetes Werkzeug für die elektronische Struktur von isolierten Gasphase Molekülen und Clustern zu erkunden. Proton Transfer-Mechanismen in DNA-Base Dimere wurden mit dieser Technik aufgeklärt.
Abstract
Tunable weicher Ionisation gekoppelt Massenspektroskopie ist eine leistungsfähige Methode, um isolierten Molekülen und Clustern und deren Spektroskopie und Dynamik 1-4 untersuchen. Grundlegende Untersuchungen der Photoionisation Prozesse von Biomolekülen liefern Informationen über die elektronische Struktur dieser Systeme. Weiterhin Bestimmungen Ionisierungsenergien und andere Eigenschaften der Biomoleküle in der Gasphase sind nicht trivial, und diese Experimente eine Plattform, um diese Daten zu erzeugen. Wir haben eine thermische Verdampfung Technik mit Überschallgeschwindigkeit Molekularstrahlen, die eine sanfte Weg, um diese Spezies in der Gasphase zu transportieren bietet gekoppelt entwickelt. Vernünftige Kombination von Quellgas und Temperatur ermöglicht Bildung von Dimeren und höheren Cluster der DNA-Basen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist insbesondere über die Auswirkungen der nicht-kovalente Wechselwirkungen, dh, Wasserstoffbindung, Stapeln und elektrostatische Wechselwirkungen an den Ionisierungsenergien undProtonentransfer von einzelnen Biomolekülen, deren Komplexe und auf Mikro-Hydratation durch Wasser 1, 5-9.
Wir haben experimentelle und theoretische Charakterisierung der Photoionisation Dynamik der Gasphase Uracil und 1,3-dimethyluracil Dimere mit Molekularstrahlen mit Synchrotronstrahlung an der Chemical Dynamics Beamline 10 an der Advanced Light Source befindet und die experimentelle Details gekoppelt durchgeführt werden visualisiert hier. Dies erlaubte uns, den Protonentransfer in 1,3-dimethyluracil Dimere beobachten, ein System mit pi Stapeln Geometrie und ohne Wasserstoffbrücken 1. Molekularstrahlen bieten eine sehr bequeme und effiziente Möglichkeit, um die Probe von Interesse von Umwelt-Störungen, die im Gegenzug ermöglicht eine genaue Vergleich mit Berechnungen der elektronischen Struktur 11, 12 zu isolieren. Durch die Abstimmung der Photonenenergie aus dem Synchrotron, ein Photoionisation Wirkungsgrad (PIE)-Kurve dargestellt werden können, die uns Aufschluss über die kationischeelektronischen Zuständen. Diese Werte können dann mit theoretischen Modellen und Berechnungen verglichen werden und im Gegenzug im Detail erklären, die elektronische Struktur und Dynamik der untersuchten Arten 1, 3.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Monomere und Dimere in einem Überschall-Jet Expansion, die zur Entstehung eines Molekularstrahl erzeugt. Eine kleine Probe der DNA-Base wird in einem thermischen Verdampfungsquelle vorgelegt und auf ausreichenden Dampfdruck erzeugen. Argon Gas trägt die Dämpfe durch ein 100 um Öffnung und übergibt einen 2 mm Skimmer einen kalten Molekularstrahl 14 zu erzeugen. Alternativ kann ein effusive Strahlquelle verwendet werden, wobei die Probe in einem Ofen an der Repellerelektrode Platte (Ionenoptik) des Mas…
Acknowledgements
Die Experimente wurden an der Chemical Dynamics Beamline an der Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory durchgeführt und unterstützt von der Office of Science, Office of Basic Energy Sciences des US Department of Energy unter Vertrag Nr. DE-AC02-05CH11231, durch die Chemical Sciences Division.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Uracil | Sigma | U0750 | |
| 1,3-Dimethyluracil | Aldrich | 349801 |
Referências
- Golan, A. Ionization of dimethyluracil dimers leads to facile proton transfer in the absence of hydrogen bonds. Nat. Chem. 4, 323-329 (2012).
- Belau, L. Vacuum-Ultraviolet Photoionization Studies of the Microhydration of DNA Bases (Guanine, Cytosine, Adenine, and Thymine). The Journal of Physical Chemistry A. 111, 7562-7568 (2007).
- Golan, A., Ahmed, M. Ionization of Water Clusters Mediated by Exciton Energy Transfer from Argon Clusters. The Journal of Physical Chemistry Letters. 3, 458-462 (2012).
- Nicolas, C. Vacuum Ultraviolet Photoionization of C3. Journal of the American Chemical Society. 128, 220-226 (2005).
- Kamarchik, E. Spectroscopic signatures of proton transfer dynamics in the water dimer cation. Journal of Chemical Physics. 132, (2010).
- Khistyaev, K. The effect of microhydration on ionization energies of thymine. Faraday Discussions. 150, 313-330 (2011).
- Bravaya, K. B. The effect of pi-stacking, H-bonding, and electrostatic interactions on the ionization energies of nucleic acid bases: adenine-adenine, thymine-thymine and adenine-thymine dimers. Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 2292-2307 (2010).
- Kostko, O. Ionization of cytosine monomer and dimer studied by VUV photoionization and electronic structure calculations. Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 2860-2872 (2010).
- Bravaya, K. B. Electronic Structure and Spectroscopy of Nucleic Acid Bases: Ionization Energies, Ionization-Induced Structural Changes, and Photoelectron Spectra. Journal of Physical Chemistry A. 114, 12305-12317 (2010).
- Leone, S. R., Ahmed, M., Wilson, K. R. Chemical dynamics, molecular energetics, and kinetics at the synchrotron. Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 6564-6578 (2010).
- Scoles, G., Bassi, D., Buck, U. . Atomic and Molecular Beam Methods. 1, (1988).
- Pauly, H. . Atom, Molecule and Cluster Beams I. , (2000).
- Wiley, W. C., McLaren, I. H. Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution. Review of Scientific Instruments. 26, 1150-1157 (1955).
- Levy, D. H. The Spectroscopy of Very Cold Gases. Science. 214, 263-269 (1981).
