Korsad molekylär stråle
med korsade molekylära strålar är kemiska experiment där två strålar av atomer eller molekyler kolliderar för att studera dynamiken i den kemiska reaktionen och kan upptäcka individuella reaktiva kollisioner.
Metod
I en korsad molekylstråleapparat skärs två kollimerade strålar av gasfasatomer eller molekyler, var och en tillräckligt utspädd för att ignorera kollisioner inom varje stråle, i en vakuumkammare. Riktningen och hastigheten för de resulterande produktmolekylerna mäts sedan och kopplas ofta med masspektrometriska data. Dessa data ger information om fördelningen av energi mellan translations- , rotations- och vibrationslägen för produktmolekylerna.
Historia
Tekniken med korsade molekylära strålar utvecklades av Dudley Herschbach och Yuan T. Lee , för vilken de tilldelades 1986 års Nobelpris i kemi . Medan tekniken demonstrerades 1953 av Taylor och Datz från Oak Ridge National Laboratory , förfinade Herschbach och Lee apparaten och började undersöka gasfasreaktioner i oöverträffad detalj.
Tidiga experiment med korsade strålar undersökte alkalimetaller som kalium , rubidium och cesium . När de spridda alkalimetallatomerna kolliderade med en het metalltråd, joniserade de, vilket skapade en liten elektrisk ström . Eftersom denna detekteringsmetod är nästan perfekt effektiv var tekniken ganska känslig. Tyvärr upptäcker detta enkla detektionssystem endast alkalimetaller. Nya tekniker för detektion behövdes för att analysera huvudgruppselement .
Detektering av spridda partiklar genom en metalltråd gav en bra indikation på vinkelfördelning men har ingen känslighet för kinetisk energi. För att få insikt i den kinetiska energifördelningen använde tidiga korsade molekylära strålapparater ett par slitsade skivor placerade mellan kollisionscentrum och detektorn. Genom att styra skivornas rotationshastighet kunde endast partiklar med en viss känd hastighet passera och detekteras. Med information om hastigheten, vinkelfördelningen och identiteten för de spridda arterna kan användbar information om systemets dynamik erhållas.
Senare förbättringar inkluderade användningen av kvadrupolmassfilter för att endast välja produkter av intresse, samt masspektrometrar för flygtid för att möjliggöra enkel mätning av kinetisk energi. Dessa förbättringar möjliggjorde även upptäckten av ett stort antal föreningar, vilket markerade tillkomsten av den "universella" apparaten för korsade molekyler.
Införandet av överljudsmunstycken för att kollimera gaserna utökade variationen och omfattningen av experiment, och användningen av lasrar för att excitera strålarna (antingen före stöten eller vid reaktionspunkten) breddade ytterligare tillämpbarheten av denna teknik.