在质谱选择离子软着陆准备好定义的表面原位二次离子质谱和红外光谱

质量选择离子软着陆表面上仍然是目前的研究兴趣，由于技术的高度控制的新型材料^1-6筹备证明能力的问题。最近作出的努力表示在筹备肽和蛋白质芯片的高通量生物筛选^7,8，蛋白质分离和肽的构象富集^9-12，共价连接使用大众选择的离子软着陆的潜在应用前景肽表面^{9,10,13,14，}有机化合物的手性富集^15，具体的氧化还原活性蛋白的电化学表征^16-18，生产薄分子膜^19,20中，大分子如石墨烯²¹和准备模型的处理通过离子簇^22-39的软着陆催化剂体系，纳米粒子^40-48和有机金属助mplexes到辅助材料^19,49-56。通过多原子离子的软着陆修改曲面的概念于1977年⁵⁷最初提出的厨师和同事，在随后的几年广泛的工具方法已被开发为大众选择的离子从天然气的沉积控制相表面上^1,4,5。离子已经通过诸如电喷雾电离^{（ESI）10,58,59，}基质辅助激光解吸/电离^{（MALDI）21，}电子轰击电离^{（EI）60,61，}脉冲电弧放电^62，惰性气体冷凝³⁶处理已产生^，63，磁控溅射^64,65，和激光汽化^25,66,67。混合选择气相离子的前软着陆已经实现主要使用四极质量过滤器^58,68,69，磁偏转装置^70，和线性离子阱仪器^8,59。特别诺塔在离子软着陆方法BLE提前最近发生的成功实施环境离子软，无功着陆由厨师和同事^71,72。使用这些不同的离子化和大规模筛选技术，超高温（<100 eV）的多原子离子与表面的相互作用进行了研究，以便更好地了解影响离子软着陆的效率和反应性和非反应性散射的竞争过程的因素以及表面诱导解离^4,73-75。

明确定义的模型催化剂用于研究目的的准备已经大量选择的离子^{25,34,35,56,76-81}的软着陆的一个特别富有成果的应用。在纳米簇，其中的物理和化学特性并呈线性簇的大小不会缩放的尺寸范围，它已被证明，添加或删除单个原子或从集群可能会大大影响日EIR化学反应^82-84。这种纳米级的现象，这是由于量子限域，被令人信服地证明了Heiz和同事⁸⁵为模型催化剂组成的八金原子（金_8）支持上的一个缺陷丰富的氧化镁表面柔软降落集群。几个额外的研究提供了支持表面^34,77,86,87簇的大小依赖性反应性的证据。此外，高分辨电子显微镜图像表明，含少至10 ⁸⁸和55 ⁸⁹原子簇可能主要是负责支持氧化铁批量合成的金催化剂的优异活性。采用质量选择的离子软着陆，它可以制备大小选择的簇和纳米颗粒不扩散和凝聚成的支撑材料^90-92的表面上较大结构的稳定阵列。这些先前的研究表明，与连续ING的发展，大众选择的簇和纳米粒子的软着陆可能成为一个多功能的技术创造了利用大量相同的集群和纳米粒子在表面上的扩展阵列的自发行为高度活跃的非均相催化剂。这些极其良好定义的系统可用于研究目的以了解关键参数，例如簇的大小，形态，元素组成和表面覆盖率影响催化剂的活性，选择性和耐久性。

通常使用在溶液相作为均相催化剂的有机金属配合物也可通过质量选择的离子^56,80,81的软着陆被固定在表面上。附离子金属-配体配合物，以固体支持物，以产生杂化有机-无机复合材料是目前研究中的催化和表面科学界⁹³的有源区。总的目标是获得高选择性朝向的同时促进从催化剂和留在溶液中的反应物更容易的分离的产物溶液相的金属 – 配体配合物的所需产物。在这种方式中，表面固定化的有机金属络合物收割均相和非均相催化剂的优点。通过选择一个适当的基片也能够维持甚至提高周围的活性金属中心的有机配位体的环境，同时也实现较强的表面固定^94。自组装单分子膜表面（SAMs）的黄金可能被终止与许多不同的官能团的，因此，理想的系统研究，通过大量选择的离子⁹⁵的软着陆圈养有机金属复合物表面的可行性。此外，电离等方法常压热解吸电离（APTDI）此前已证明，以产生气相混合金属的无机络合物这是不可访问的，通过在溶液中合成^96。与此类似，例如磁控溅射法^65，气体聚集⁶³和激光蒸发⁶⁶非热动力学上限定的合成和离子化技术也可以与离子软着陆仪表提供支撑在一个多功能路由到新的无机簇和纳米颗粒表面。

为了发展质量选择的离子软着陆成为一个成熟的技术，材料的制备，这是至关重要的信息分析方法，可以加上软着陆仪器之前来探测表面的化学和物理性质，期间和沉积后离子。迄今，大量的技术已被应用于此目的，包括二次离子质谱^{（SIMS）19,97-100，}程序升温脱附和反应^50,52，激光解吸电离¹01，脉冲分子束反应^102，红外光谱（FTIR和^{Raman）98103104，}表面增强拉曼光谱^103,105，腔衰荡光谱^106， X-射线光电子能谱^35107，扫描隧道显微镜^{33,108-111，}原子力显微镜^112-114，和透射电子显微镜^39。然而，为了最准确地描述制备或通过离子软着陆改性的表面，这是至关重要的，可以在原地无基材到环境中，在实验室的曝光进行的分析。 在原位进行的以前的分析提供了洞察如软降落离子的离子电荷随着时间的推移^{37,38,115,116}的减少的现象，软解吸降落离子从表面⁵²时，效率和动能的离子反应着陆^14,81的依赖和大小的影响在集群和纳米颗粒沉积到的催化活性表面^117。通过举例的方式，在我们的实验室，我们有系统地研究了不同地对空导弹³的表面质子化肽的电荷还原动力学。这些实验是用一种独特的软着陆仪耦合到执行的傅立叶变换离子回旋共振二次离子质谱仪（FT-ICR-SIMS），使在表面的原位分析期间和离子⁹⁷的软着陆之后。为了扩大在这些分析能力，其他金融工具构建，允许在使用IRRAS ¹⁰⁴面软降落离子的原位表征。这个表面敏感的红外技术使键的形成和破坏过程，以及在复 ​​合离子和表面层的构象变化进行实时期间和软着陆¹²后监测。例如，使用IRRAS它是表明，离子软着陆可用于共价固定化于N-羟基琥珀酰亚胺基酯的官能化自组装膜^13,14大规模筛选多肽。

在此，我们说明了位于被用于原位 TOF-SIMS，FT-ICR-SIMS设计的太平洋西北国家实验室三个独特的定制工具的能力，并通过质量选择离子软着陆生产的基板的IRRAS分析到表面。作为一个代表性的系统，我们提出业绩质量选择的有机金属钌三（联吡啶）二价阳离子的软着陆[茹（联吡啶_）3] ^{2 +}到羧酸终止地对空导弹（COOH-SAMs）的制备固定化的有机金属配合物。它表明， 在原位 TOF-SIMS提供了非常高的灵敏度和大的整体的动态范围，帮助确定低丰度物种包括反应中间体的优点，可能仅被预发送的时间表面上短周期。 TOF-SIMS还提供了深入了解，从在气相之前，软着陆的有机金属离子除去的配体，影响其朝向固定化在表面上的效率和对气体分子的化学反应性。采用原位 FT-ICR-SIMS互补特性提供了见解的电荷减少，中和表面上的双电荷离子的解吸附动力学，而在原位 IRRAS探测周围的带电金属中心，这可能影响该有机配位体的结构的电子性质和固定化离子的反应性。总的来说，我们说明如何质量选择离子通过SIMS和IRRAS 原位分析结合的软着陆提供了洞察良好定义的物种和它有一个范围广泛的科学努力的影响面之间的相互作用。