Skrzyżowana wiązka molekularna
ze skrzyżowanymi wiązkami molekularnymi to eksperymenty chemiczne, w których zderzają się ze sobą dwie wiązki atomów lub cząsteczek , aby zbadać dynamikę reakcji chemicznej i wykryć poszczególne zderzenia reaktywne.
Technika
W aparacie ze skrzyżowanymi wiązkami molekularnymi dwie skolimowane wiązki atomów lub cząsteczek w fazie gazowej, z których każda jest wystarczająco rozcieńczona, aby zignorować zderzenia w ramach każdej wiązki, przecinają się w komorze próżniowej. Kierunek i prędkość powstających cząsteczek produktu są następnie mierzone i często łączone z danymi spektrometrii mas . Dane te dostarczają informacji o podziale energii pomiędzy modami translacyjnymi , rotacyjnymi i wibracyjnymi cząsteczek produktu.
Historia
Technika skrzyżowanych wiązek molekularnych została opracowana przez Dudleya Herschbacha i Yuana T. Lee , za co otrzymali w 1986 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii . Podczas gdy technika ta została zademonstrowana w 1953 roku przez Taylora i Datza z Oak Ridge National Laboratory , Herschbach i Lee udoskonalili aparaturę i rozpoczęli badanie reakcji w fazie gazowej z niespotykaną dotąd szczegółowością.
Wczesne eksperymenty z wiązką skrzyżowaną badały metale alkaliczne, takie jak potas , rubid i cez . Kiedy rozproszone atomy metalu alkalicznego zderzyły się z gorącym metalowym włóknem, uległy jonizacji, tworząc niewielki prąd elektryczny . Ponieważ ta metoda wykrywania jest prawie doskonale skuteczna, technika była dość czuła. Niestety, ten prosty system wykrywania wykrywa tylko metale alkaliczne. głównych elementów grupy potrzebne były nowe techniki wykrywania .
Wykrywanie rozproszonych cząstek przez metalowe włókno dało dobry wskaźnik rozkładu kątowego , ale nie ma wrażliwości na energię kinetyczną. Aby uzyskać wgląd w rozkład energii kinetycznej, aparaty z wczesną skrzyżowaną wiązką molekularną wykorzystywały parę dysków szczelinowych umieszczonych między centrum kolizji a detektorem. Kontrolując prędkość obrotową dysków, tylko cząstki o określonej znanej prędkości mogły przejść i zostać wykryte. Dzięki informacjom o prędkości, rozkładzie kątowym i tożsamości rozproszonych gatunków można uzyskać przydatne informacje o dynamice układu.
Późniejsze ulepszenia obejmowały zastosowanie kwadrupolowych filtrów masowych do wybierania tylko interesujących produktów, a także spektrometrów masowych czasu przelotu, aby umożliwić łatwy pomiar energii kinetycznej. Te ulepszenia umożliwiły również wykrycie szerokiej gamy związków, wyznaczając nadejście „uniwersalnego” aparatu ze skrzyżowanymi wiązkami molekularnymi.
Włączenie dysz naddźwiękowych do kolimacji gazów rozszerzyło różnorodność i zakres eksperymentów, a użycie laserów do wzbudzenia wiązek (przed uderzeniem lub w punkcie reakcji) jeszcze bardziej rozszerzyło zastosowanie tej techniki.