Summary

Espectrometria de Massa Molecular Beam Com Tunable radiação ultravioleta de vácuo Síncrotron (VUV)

Published: October 30, 2012
doi:

Summary

Um feixe molecular acoplado a espectrômetro de massa de vácuo ajustável ultravioleta fotoionização em um síncrotron disponibiliza uma ferramenta útil para explorar a estrutura eletrônica de moléculas de gás isoladas de fase e clusters. Mecanismos de transferência de protões em dímeros de bases do DNA foram elucidadas com esta técnica.

Abstract

Ionização suave Tunable acoplada a espectrometria de massa é um poderoso método para investigar moléculas isoladas, complexos e clusters e sua espectroscopia dinâmica e 1-4. Estudos fundamentais dos processos de fotoionização de biomoléculas fornecer informações sobre a estrutura eletrônica desses sistemas. Além disso determinações de energias de ionização e outras propriedades de biomoléculas em fase gasosa não é trivial, e estas experiências proporcionam uma plataforma para gerar esses dados. Nós desenvolvemos uma técnica de vaporização térmica combinada com supersónicas feixes moleculares que proporciona uma forma suave para o transporte destas espécies para a fase gasosa. Combinação judiciosa de fonte de gás e da temperatura permite a formação de dímeros e agregados mais elevados de bases de DNA. O foco principal deste trabalho é determinado sobre os efeitos das interacções não covalentes, isto é, ligação de hidrogénio, empilhamento, e as interacções electrostáticas, sobre as energias de ionização etransferência de prótons de biomoléculas individuais, seus complexos e ao micro-hidratação por água 1, 5-9.

Efetuamos caracterização experimental e teórico da dinâmica de fotoionização de fase gasosa uracil e 1,3 dimetil-dímeros usando feixes moleculares, juntamente com radiação síncrotron no Dynamics Química Beamline 10 localizado na fonte avançada Luz e os detalhes experimentais são visualizados aqui. Isso nos permitiu observar a transferência de prótons em 1,3 dimetil-dímeros, um sistema com empilhamento pi geometria e sem ligações de hidrogênio 1. Feixes moleculares fornecem uma maneira muito conveniente e eficiente para isolar a amostra de interesse a partir de perturbações ambientais, que em troca permite uma comparação exacta com cálculos de estrutura electrónica 11, 12. Ao ajustar a energia dos fótons da luz síncrotron, uma eficiência de fotoionização (PIE) da curva pode ser traçada, que nos informa sobre a catiônicaestados eletrônicos. Estes valores podem então ser comparadas com os modelos teóricos e cálculos e, por sua vez, explicar em pormenor a estrutura electrónica e da dinâmica das espécies investigadas 1, 3.

Protocol

1. Carregando Amostra Remover a flange traseira e desmontar a 3/8 "tubo de bocal inoxidável a partir do aparelho (ver Figura 1 e Figura 2) e se certificar que está limpo e o orifício de 100 mm, é claro (Isto pode ser feito examinando uma fonte de luz através lo). Para limpeza, encher o tubo com um ~ ml de etanol e esfregar o interior com pontas de algodão. Alternativamente, coloque o bocal em banho de ultra-sons cheio com água e sabão ou etanol durante cerca de 2…

Representative Results

A Figura 7 mostra um espectro de massa típico de expansão supersónica de 1,3-dimetil vapores (A) e as curvas de pizza das três características principais do monómero (a m / z 140, monómero protonado a m / z 141, e a uma dimetiluracilo ,3-dímero a m / z 280), como uma verificação extraída VUV entre 8 e 10 eV eV (B). A sombra cinza é o desvio padrão de três exames consecutivos. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" fo:src…

Discussion

Os monómeros e dímeros são gerados de uma expansão de jacto supersónico que dá origem a um feixe molecular. Uma pequena amostra da base de ADN é colocado numa fonte de vaporização térmica e aqueceu-se a gerar uma pressão de vapor suficiente. Argon transporta os vapores de gás através de um orifício de 100 ^ M e passa um skimmer mm 2 para produzir um feixe frio molecular 14. Em alternativa, uma fonte de feixe efusivo pode ser utilizado, em que a amostra é colocada num forno aquecido ligado à pl…

Acknowledgements

Os experimentos foram realizados no Dynamics Química Beamline na Fonte de Luz Avançado, Lawrence Berkeley National Laboratory e apoiado pelo Escritório de Ciência, Instituto de ciências básicas da energia, do Departamento de Energia dos EUA sob Contrato n º DE-AC02-05CH11231, através da Divisão de Ciências Químicas.

Materials

Name of Reagent/Material Company Catalog Number Comments
Uracil Sigma U0750
1,3-Dimethyluracil Aldrich 349801

References

  1. Golan, A. Ionization of dimethyluracil dimers leads to facile proton transfer in the absence of hydrogen bonds. Nat. Chem. 4, 323-329 (2012).
  2. Belau, L. Vacuum-Ultraviolet Photoionization Studies of the Microhydration of DNA Bases (Guanine, Cytosine, Adenine, and Thymine). The Journal of Physical Chemistry A. 111, 7562-7568 (2007).
  3. Golan, A., Ahmed, M. Ionization of Water Clusters Mediated by Exciton Energy Transfer from Argon Clusters. The Journal of Physical Chemistry Letters. 3, 458-462 (2012).
  4. Nicolas, C. Vacuum Ultraviolet Photoionization of C3. Journal of the American Chemical Society. 128, 220-226 (2005).
  5. Kamarchik, E. Spectroscopic signatures of proton transfer dynamics in the water dimer cation. Journal of Chemical Physics. 132, (2010).
  6. Khistyaev, K. The effect of microhydration on ionization energies of thymine. Faraday Discussions. 150, 313-330 (2011).
  7. Bravaya, K. B. The effect of pi-stacking, H-bonding, and electrostatic interactions on the ionization energies of nucleic acid bases: adenine-adenine, thymine-thymine and adenine-thymine dimers. Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 2292-2307 (2010).
  8. Kostko, O. Ionization of cytosine monomer and dimer studied by VUV photoionization and electronic structure calculations. Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 2860-2872 (2010).
  9. Bravaya, K. B. Electronic Structure and Spectroscopy of Nucleic Acid Bases: Ionization Energies, Ionization-Induced Structural Changes, and Photoelectron Spectra. Journal of Physical Chemistry A. 114, 12305-12317 (2010).
  10. Leone, S. R., Ahmed, M., Wilson, K. R. Chemical dynamics, molecular energetics, and kinetics at the synchrotron. Physical Chemistry Chemical Physics. 12, 6564-6578 (2010).
  11. Scoles, G., Bassi, D., Buck, U. . Atomic and Molecular Beam Methods. 1, (1988).
  12. Pauly, H. . Atom, Molecule and Cluster Beams I. , (2000).
  13. Wiley, W. C., McLaren, I. H. Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution. Review of Scientific Instruments. 26, 1150-1157 (1955).
  14. Levy, D. H. The Spectroscopy of Very Cold Gases. Science. 214, 263-269 (1981).

Play Video

Cite This Article
Golan, A., Ahmed, M. Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation. J. Vis. Exp. (68), e50164, doi:10.3791/50164 (2012).

View Video