Guarda la trasformazione degli ioni molecolari in tempo reale | ricerca

La composizione e la dinamica strutturale degli ioni molecolari nella fase gassosa sono state monitorate per la prima volta utilizzando la diffrazione elettronica ad alta velocità combinata con la ionizzazione multifotonica potenziata dalla risonanza. Il nuovo metodo supera alcune delle difficoltà associate all’esplorazione di queste specie chimiche, aprendo interessanti opportunità nella chimica ionica.

“Questo straordinario risultato apre nuove frontiere nell'imaging e fornisce un contributo importante alla nostra comprensione dei meccanismi fondamentali che governano la chimica”, afferma. Andrea Trapattoni presso DESY Hamburg e Leibniz University Hannover in Germania, che non sono stati coinvolti nello studio. Descrive questo approccio come pionieristico e afferma che promette di essere esteso ad altri sistemi.

Gli ioni molecolari in fase gassosa svolgono un ruolo importante in molte reazioni, soprattutto nella chimica atmosferica e interstellare, ma studiare queste specie e osservare come si formano e cambiano in tempo reale è stato impegnativo. “Gli ioni sono altamente reattivi nel loro stato naturale e cercano stabilità attraverso le interazioni con altre specie. Questa proprietà intrinseca li rende difficili da osservare”, spiega. Giovanni Ugo Dall'Istituto di scienze di base (IBS) e dal Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) a Daejeon. “Il nostro approccio ci consente di catturare il momento in cui gli ioni subiscono cambiamenti nel formato video.”

“Il nostro studio è il primo a monitorare la dinamica degli ioni nella fase gassosa”, afferma. Heuchirl Ehi, che lavora anche presso IBS e KAIST. “Nei nostri esperimenti, abbiamo utilizzato… Diffrazione elettronica ultraveloce megaelettronvolt di SLAC (MeV-UED). È uno dei dispositivi in ​​grado di generare impulsi elettronici più veloci al mondo. Compagno Ehi Doyoung KimAggiunge che la struttura può accelerare gli elettroni fino a 0,99 volte la velocità della luce.

I ricercatori hanno studiato il destino dei cationi 1,3-dibromopropano (DBP).⁺), che sono stati generati utilizzando la ionizzazione multifotone potenziata dalla risonanza (REMPI). “I metodi di ionizzazione convenzionali sono spesso radicali e portano alla frammentazione del sistema bersaglio o alla generazione di sottoprodotti indesiderati”, afferma Kim. “RIMPI, d’altro canto, è un metodo molto delicato: crea selettivamente gli ioni specifici che intendiamo monitorare.

“Gli ioni vengono preparati su una scala temporale del femtosecondo mediante la fotoionizzazione di molecole neutre”, spiega. Tommaso Wolfe, uno scienziato dello SLAC che non è stato coinvolto nella ricerca. “Utilizzando impulsi elettronici ultracorti con ritardi di picosecondi rispetto alla fotoionizzazione, è possibile misurare istantanee strutturali mentre gli ioni sono ancora altamente concentrati e prima che abbiano abbastanza tempo per volatilizzarsi”.

“Normalmente, quando gli ioni vengono creati forzatamente, si prevede che subiscano rapidamente cambiamenti strutturali o si dividano in forme diverse, ma i nostri risultati hanno rivelato un fenomeno che contraddice queste aspettative”, osserva Hu. Lo spiega poco dopo la creazione del DBP⁺ ioni, c'è una pausa in modo che i cambiamenti strutturali non appaiano immediatamente. Gli ioni rimanevano in questo “stato oscuro” per 3,6 picosecondi, e poi gradualmente decadevano fino alla configurazione più stabile, che era uno ione bromnio con una struttura ad anello a tre membri.

Wolf dice che sebbene DBP⁺ Il sistema è relativamente semplice, dati gli atomi di bromo fortemente dispersi negli ioni e la lunghezza d'onda REMPI facilmente disponibile dai sistemi laser standard. La struttura dello SLAC ora dispone di capacità avanzate di regolazione della lunghezza d'onda, quindi si ritiene che gli esperimenti su una classe più ampia di ioni molecolari potrebbe diventare possibile.

“Per applicare questo metodo a un sistema ionico più globale, è necessario ideare diverse tecniche, come l’evaporazione e la ionizzazione efficaci del campione”, aggiunge Ehe. “Pertanto, riteniamo che saranno necessarie ulteriori innovazioni affinché questi metodi siano adottati su più ampia scala, ma se ciò accadesse, ci aspettiamo che il nostro approccio possa essere utilizzato per studiare una varietà di sostanze chimiche conosciute”.