Перекрещенный молекулярный пучок
В аналитической химии эксперименты скрещенными молекулярными пучками со в себя два пучка атомов включают или молекул , которые сталкиваются друг с другом для изучения динамики химической реакции и могут обнаруживать отдельные реактивные столкновения. [ 1 ]
Техника
[ редактировать ]В аппарате со скрещенными молекулярными пучками два коллимированных пучка атомов или молекул газовой фазы, каждый из которых достаточно разбавлен, чтобы игнорировать столкновения внутри каждого луча, пересекаются в вакуумной камере. направление и скорость Затем измеряются масс-спектрометрии молекул полученного продукта, которые часто сочетаются с данными . Эти данные дают информацию о распределении энергии между поступательными , вращательными и колебательными модами молекул продукта. [ 2 ]
История
[ редактировать ]Метод скрещенных молекулярных пучков был разработан Дадли Хершбахом и Юаном Т. Ли , за что они были удостоены Нобелевской премии по химии 1986 года . [ 3 ] Хотя этот метод был продемонстрирован в 1953 году Тейлором и Дацем из Национальной лаборатории Ок-Ридж , [ 4 ] Хершбах и Ли усовершенствовали аппарат и начали исследовать газофазные реакции с беспрецедентными подробностями.
Первые эксперименты со скрещенными лучами исследовали щелочные металлы , такие как калий , рубидий и цезий . Когда рассеянные атомы щелочного металла столкнулись с раскаленной металлической нитью, они ионизировались, создавая небольшой электрический ток . Поскольку этот метод обнаружения почти идеально эффективен, он оказался весьма чувствительным. [ 2 ] К сожалению, эта простая система обнаружения обнаруживает только щелочные металлы. были необходимы новые методы обнаружения Для анализа основных элементов группы .
Обнаружение рассеянных частиц через металлическую нить дало хорошее представление об угловом распределении , но не имело чувствительности к кинетической энергии. Чтобы получить представление о распределении кинетической энергии, первые устройства со скрещенными молекулярными пучками использовали пару дисков с прорезями, помещенных между центром столкновения и детектором. Контролируя скорость вращения дисков, можно было пройти и обнаружить только частицы с определенной известной скоростью. [ 2 ] Имея информацию о скорости, угловом распределении и принадлежности рассеянных частиц, можно получить полезную информацию о динамике системы.
Более поздние улучшения включали использование квадрупольных масс-фильтров для отбора только интересующих продуктов. [ 5 ] а также времяпролетные масс-спектрометры, позволяющие легко измерять кинетическую энергию. Эти усовершенствования также позволили обнаружить широкий спектр соединений, что ознаменовало появление «универсального» аппарата скрещенных молекулярных пучков.
Включение сверхзвуковых сопел для коллимации газов расширило разнообразие и объем экспериментов, а использование лазеров для возбуждения лучей (либо перед ударом, либо в момент реакции) еще больше расширило применимость этого метода. [ 2 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ли, Ю.Т. (1987). «Молекулярно-лучевые исследования элементарных химических процессов» . Наука . 236 (4803): 793–8. Бибкод : 1987Sci...236..793T . дои : 10.1126/science.236.4803.793 . ПМИД 17777849 . S2CID 45603806 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Хершбах, Нобелевская лекция Д., 8 декабря 1986 г.
- ↑ Нобелевский фонд. Архивировано 18 июля 2006 г., в Wayback Machine.
- ^ Тейлор, Э.Х.; Дац, С. (1955). «Изучение механизмов химических реакций с молекулярными пучками. Реакция K с HBr*». Дж. Хим. Физ . 23 (9): 1711. Бибкод : 1955ЖЧФ..23.1711Т . дои : 10.1063/1.1742417 .
- ^ Миллер, ВБ; Сафрон, ЮАР; Хершбах, Д.Р. (1967). «Обменные реакции атомов щелочных металлов с галогенидами щелочных металлов: столкновительно-сложный механизм». Обсуждать. Фарадей Соц . 44 : 108–122. дои : 10.1039/DF9674400108 .