"Vlivanje" v molekularni žarek

Znanstveniki delce razvrstijo glede na njihovo strukturo

Odnos molekul odloča, ali dosežejo konec te odprte cevi. Električno polje med štirimi kovinskimi palicami se nenehno spreminja, tako da skozi odprto cev prehajajo samo skladniki z ustreznim razmerjem mase in dipolnega momenta. © Inštitut Fritz Haber iz društva Max Planck
prebral

Večje molekule imajo pogosto z lutkami nekaj skupnega - njihovi udi se premikajo. Fiziki lahko zdaj razvrstijo molekule, po katerih smereh kažejo roke in noge. Ti konformerji - molekule z različnimi stališči - so običajno komajda ločljivi. Za biomolekule pa je pomemben odnos: naloge lahko izpolnijo le, če pravilno usmerijo okončine.

Snemanje biomolekul je težaven posel. Biokemiki imajo še vedno nekoliko lažje, če lahko iz spojin rastejo kristali. V prihodnosti bodo morda lahko ustvarili plinske curke teh molekul in jih pošiljali skozi merilnike. Običajno pa se slike različnih konformerjev prekrivajo in raziskovalci dobijo le zabrisano sliko delcev.

Dipolni trenutek kot pomoč pri razvrščanju

"Zdaj smo našli način, kako ločiti konformerje, čeprav jih je težko kemično in fizično ločiti, " pravi Jochen Küpper, vodja skupine znanstvenikov na Berlinskem inštitutu Fritz Haber, ki je bila zdaj objavljena v študiji PhysicalReviewLetters. ima. Njihov "trik": Konformatorji imajo v večini primerov različno močne dipole, zato se pozitivni in negativni naboji različno porazdelijo v molekulah. Zato v različnih stopnjah čutijo moč električnega polja. In to je dobro za raziskovalce.

"Naše sito za konformerje deluje kot kvadrapolni masni filter, " razlaga Frank Filsinger, ki je večino dela opravil kot doktorski študent. S kvadrapolnim masnim filtrom mnogi laboratoriji ločijo molekule glede na razmerje med njihovo maso in nabojem. Podobno so aparati berlinskih raziskovalcev razvrstili delce - le da so jih ločili glede na njihovo maso in njihov dipolni moment. Dipolni moment meri moč dipola.

Ločitev v molekularnem snopu

Znanstveniki so svojo novo metodo preizkusili na aminofenolu - na dveh konformerjih, v katerih je hidroksidna skupina molekule različno usmerjena. Ta skupina je sestavljena iz atoma kisika in vodika in je značilna za alkohole. Njihove različne usmeritve v aminofenolu se imenujejo cis in trans položaji: V različici cis hidroksidna skupina kaže na eno stran, v različici trans na drugo stran molekule. Zaradi tega je dipolni moment cis-aminofenola približno trikrat večji od trenutka trans-kolega. zaslon

Za ločitev obeh konformerjev z različnimi položaji hidroksida so raziskovalci izhlapili majhno količino snovi in ​​jo združili v molekularni žarek. Žarek vrne natanko en meter v aparat berlinskih raziskovalcev. Za ločitev cis in trans različic na tej poti K pper in njegovi sodelavci uporabijo električna polja, ki vplivajo na molekule: okoli molekularnega žarka združijo štiri elektrode. Kovinske palice, ki so pod napetostjo in tvorijo nekakšno odprto cev.

Žarek hiti skozi to cev. Preko dveh elektrod obstaja izmenična napetost, kar zagotavlja, da pozitivni in negativni polov nenehno skačeta naprej in nazaj. V skladu s tem se spremeni smer, v kateri deluje sila električnega polja na molekule. Pri tem je odločilna frekvenca izmeničnega polja, tj. Kako hitro pola izmenjata svoja mesta. Različni dipoli se na izmenično polje odzivajo na različne načine. Konec koncev pri določeni frekvenci izmeničnega polja na koncu aparata dosežejo samo molekule z določenim dipolnim trenutkom - natančneje, z določenim razmerjem med svojim dipolnim trenutkom in njihovo maso. Vsi drugi se postopoma oddaljujejo od poti žarek.

Elite tudi po vrtilni moči

Na ta način berlinski raziskovalci okoli Frank Filsinger ne izolirajo samo določenega konformerja. Konformerje lahko celo razvrstite po tem, koliko se vrti. To počnejo molekule ves čas, vendar ne vedno isto. Za jakost vrtenja obstaja merilo - rotacijsko kvantno število. To je višje, hitreje se molekula vrti. Potem pa dipol delca postane vse šibkejši, električno polje pa na molekulo deluje šibkeje.

"Tako tudi pregledamo molekule v najnižjih rotacijskih kvantnih stanjih, " pravi K pper. Na ta način je mogoče molekule v vesolju še posebej dobro uskladiti. Tako se raziskovalci upajo, da se bodo lahko v prihodnosti znebili vseh delcev, katerih roke so usmerjene v isto smer.

Olajša raziskovanje molekul

"Naša metoda dopolnjuje druge nove poskuse, kot je rentgenski laser, ki se trenutno razvija v Hamburgu." Ta rentgenski laser bo seval v posebno močni svetlobi, zaradi česar je zelo občutljiv merilni instrument. Številni znanstveniki upajo, da jih bodo lahko uporabili za preslikavo posameznih biomolekul - ki seveda obstajajo le kot en sam konformer. Na fotografijah novega tribune se predstavitve različnih molekulskih stanj ne bi zabrisale v senčno podobo.

"Mi gremo po drugi poti, " razlaga K pper. "Ker lahko izoliramo različne konformerje in so zato vse molekule v vzorcu enake, nam ni treba preučevati posameznih molekul, " pravi K pper, vendar bi se moč signala v določenih okoliščinah lahko povečala z opazovanjem mnogih podobnih molekul.

Zaenkrat lahko on in njegovi sodelavci ločijo le relativno majhne delce z molekularnim sitom. Razvrščanje konformerjev večjih molekul načeloma ni problem, ampak praktično. "Ločitev bi delovala, " pravi K pper, "vendar zelo velikih nezapolnjenih molekul še ni mogoče zbrati v plinasti curek. "Veliko znanstvenikov po vsem svetu dela na tem področju, vključno s fiziki z inštituta Fritz Haber.

(Inštitut Fritz Haber, 07.04.2008 - NPO)