甲醇/乙醇/水混合團簇多光子電離質(zhì)譜

激光雜志)盞舉第i馨第期水混合鬥鐵電數質(zhì)增20.06208甲醇/乙醇/水混合團簇多光子電離質(zhì)譜趙永煥1,張樹(shù)東1,蘇鵬2,李曉明,卜文峰1,孔祥和11.曲阜師范大學(xué)物理工程學(xué)院,山東曲阜273165;2.山東省微山縣第一中學(xué),山東濟寧277600提要:利用35m激光電離由氬氣載代的甲醇/乙醇/水脈沖分子束,飛行時(shí)間質(zhì)譜觀(guān)測到多個(gè)序列的質(zhì)子化團簇離子:( CH,CH, OH)H*,(CHOH)(H2O)(CH2CH2OH)。H·,(CH3OH)(CHCH2OH)。H,(CH3CH2OH)n(H2O)2H·和(CH1CH2OH)n(H2O)H(n=0至4)。通過(guò)改變激光與分子東之間的延時(shí),觀(guān)測到團簇離子強度分布的變化特征關(guān)鍵詞:氫鍵團簇;質(zhì)子化團簇離子;質(zhì)子轉移中圖分類(lèi)號:0657,6文獻標識碼:A文章編號:0253-2743(2008)06-0036-02Mass spectra of multiphoton ionization of methanol/ethanol/ water ClustersZHAO Yong-huan', ZHANG Shu-dong. SU Peng, LI Xiao-ming, BU Wen-feng, KONG Xiang-he(1. College of Physics and Engineering, Qufu normal University, Qufu, Shangdong 273165,ChinaAbstract: lonizes using the 355nm laser from the argon air-bome generation of methanol/ethanol/water pulse molecular beam, the time of flight mass specrum observes many sequences of protonated cluster ions: CH3 CH2 OH), H*, (CH, OH)(H2O)(CH, CH, OH, H*, (CH,OH)(CH, CH2 OH),H*. (CH, CH, OH)(H2O)2H*and( CH, CH20H),(HO)H(n=0-4). Through between the change of molecular beam and the delay time of laser, observes the change characteris-tic of the cluster ions intensity distribution氫鍵是一種比較弱的化學(xué)作用力,它在化學(xué)研究領(lǐng)域占2.1甲醇/乙醇/水混合團簇的飛行時(shí)間質(zhì)譜有重要的作用,溶劑化()、能量轉移(2)和化學(xué)反應(3)等許多圖1的質(zhì)譜圖是由許多質(zhì)子化的團簇離子峰組成的?，F象都要受到氫鍵響。質(zhì)子轉移在許多領(lǐng)域特別是生實(shí)驗探測到多個(gè)序列的團簇離子峰。物化學(xué)領(lǐng)域扮演著(zhù)很重要的“角色”。對氫鍵團簇的研究有助于更深人的了解質(zhì)子轉移過(guò)程。在利用多光子電離單光電離、電子轟擊電離等手段對團簇的研究中發(fā)現,許多氫鍵團簇在電離過(guò)程中會(huì )有質(zhì)子化團簇離子生成48。L等OXCH.CH°HH人在對(GHN)(H20),二元團簇的多光子電離實(shí)驗研究),觀(guān)察到的產(chǎn)物幾乎都是質(zhì)子化的團簇離子,而(CHN)(HQO)的多光子電離4產(chǎn)物既有反應物的陽(yáng)離子團簇(CHN)(HO),也有質(zhì)子化的團簇離子(CHN)(H2O)nH+。 Shang- Ting Tsai等人用可調諧的vuv激光對乙醇和正丙醇分子進(jìn)行單光子電離實(shí)驗,觀(guān)測到團簇離子主要為(R2,3OH)nH+,(R23OH)及(R23OH)2CH2OH+,(R2圖1甲醇/乙醇/水混合團簇多光子電離質(zhì)譜OH)。CH2OH,認為團簇離子的形成機理是分子中C-C中化團簇離子是團簇在激光作用的過(guò)程中,團簇內部的鍵斷裂以及團簇內部的質(zhì)子轉移反應發(fā)生質(zhì)子轉移反應生成的,參照對氨和甲醇混合團簇的質(zhì)子用355mm激光研究們水的化過(guò)程的討論6以及乙醇和水混合團簇內的質(zhì)子轉移反多光子電離過(guò)程在得到的質(zhì)譜中發(fā)現了多個(gè)序列的質(zhì)子化應研究2,質(zhì)子化團簇離子( H3CH2OH)H的形成認為是團簇電離后發(fā)生團簇內質(zhì)子轉移反應,即團簇離子( CH3CH2OHD)H,(COH)(H2O)(CH3CHOH)n-1(CHCH2OH)n+p+mhw→(CH2CH2OH)e+p++eH', (CH3OH)(CH, CH2OH)n-H*, (CH, CH2OH)m-I(H,0)2H**和(CH1CH2OH)n1(H2O)H(m=1-5)。研究發(fā)現,質(zhì)子化的(H3CHOH)n*p→( CH, CHOH)H+(CH2OH)-1+團簇離子來(lái)自于伴隨解離過(guò)程中的團簇內質(zhì)子轉移反應CH3CH,O究質(zhì)子轉移反應的同時(shí),我們還研究了團簇離子峰的強在我們的實(shí)驗中,樣品是甲醇、乙醇、水的混合氣體,脈度隨激光能量和激光延時(shí)的變化規律。沖分子束超聲膨脹產(chǎn)生的可能是多元團簇,實(shí)驗中也觀(guān)測到1實(shí)驗裝置及實(shí)驗過(guò)程( CH3 CH, OH )m( Ho)mH*(m=1, 2)FH( CH,OH)(H,O)實(shí)驗裝置由行時(shí)間質(zhì)譜儀激光器樣品池信號(c1CHOH)H(m=0,1)的團簇離子,因而探測與數據采集系統等部分組成。飛行時(shí)間質(zhì)譜儀是有兩( CHaCHOH)H*的形成也不排除多元團簇在電離后團簇離級加速電場(chǎng)的行時(shí)間質(zhì)譜儀,由離子引出區、加子發(fā)生簇內反應時(shí)將甲醇分子或(和)水分子脫去的可能,如區及微通道板(MCP(CH2CH2OHDn+1(H2O)+→(CH3CH2OH)H·+CHCH2O醇/水混合物樣品由高純氬氣通過(guò)鼓泡法載帶進(jìn)入脈沖閥+H2Ogenerals9,噴口直徑為0.8mm),閥內的氣壓維持在2×10Pa對于質(zhì)子化的二元和三元團簇離子(CH3CHOH)2(HO)nH樣品氣體通過(guò)脈沖閥噴射,在超聲膨脹過(guò)程中產(chǎn)生中性的分團簇,再經(jīng)過(guò)孔徑為lmn的 skimmer而形成準直的(m=1,2)、(CHOH)(H2O)a(CH2CH2OH)H*(m=0,1),由于離區。Nd:YAG存在多種組元,而且甲醇乙醇和水均可以形成質(zhì)子化,即焦距為20:m來(lái)1彎示f穎m油荒較為復余依照有關(guān)的文獻報道和我們的實(shí)驗結果,其生的離子被2V和10V的電場(chǎng)引出和加速后,經(jīng)過(guò)lm形成仍可能與電離后團簇內的質(zhì)子轉移反應有關(guān),而質(zhì)子即長(cháng)的自由飛行區,最后被離子微通道板探測。信號由數字示可來(lái)自甲醇乙醇中的羥基或甲基,也可來(lái)自水分子,以二元波器(T3054,美國 Tektronix,50MH)經(jīng)52次平均后采樣團簇(CH3CH2OH)2(H2O)。H·為例,即存貯。脈沖閥的開(kāi)啟、電離激光的觸發(fā)及示波器的采樣等時(shí)序由一臺5通道脈沖延遲發(fā)生器(GH032,中國科技大學(xué))控(Ch CH2 OH),H20)m+ Phy-( CH, CH OH),(H,0)m+++e制。實(shí)驗中背景真空度為1.2×10-5P,進(jìn)樣時(shí)的真空度為chcO),n(HO)m→(CH3CHOH)n(H2O)aH+1.5×10-4Pa2實(shí)驗結果分析(CH2CH2OH)(H20)?！?CH2CHOH)2-1(H2O)aHCH2CH,OH收稿日期:2008-10-05(CHa CHOH)(H2O)m*-( CH, CH2 OH),(H,O)- H'+OH基金項目:曲阜師范大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金資助作者簡(jiǎn)介:趙永煥(1980-),女,碩士研究生。主要從事分子光譜,對三個(gè)可能的通道(1)~(3)進(jìn)行比較,通道(1)是乙醇分子團簇的實(shí)驗研究激光雜志峰第第別水混合x(chóng).0620837羥基上的質(zhì)子轉移到水分子上;通道(2)是甲基上質(zhì)子轉移度相對較小那么能夠和激光發(fā)生作用而電離的團簇個(gè)數也反應;通道(3)是水分子上的反應。但是對(2)通道相應減少,從而表現為質(zhì)譜圖上信號強度相對較小嘴超聲射流形成的脈沖分子束在束原子轉移到0原子上,該過(guò)程需要克服一個(gè)能壘大約為的前端中端和后端壓強是不同的:從而導致生成的團信120kJ/ml的過(guò)渡態(tài){,因此該通道不容易進(jìn)行。所以三個(gè)號強度存在由小逐漸增大再減小的變化過(guò)程。那么對于同通道比較,質(zhì)子轉移反應的最可能的通道主要是(1)和(3)2.2激光延時(shí)不同對團簇信號的影響離產(chǎn)物(CH2CH2OH)2H,(H2O)(CHCH2OH)2H(CH3OH)于超聲射流團簇源,影響團簇數目和尺寸的因素主要CH3CH2OH)2H·和(CH1QOH)(HO)(CH3CH2OH2H信號隨有三個(gè):滯留氣壓p溫度T和交叉區域的噴嘴孔徑A激光延時(shí)的變化圖像,如圖3所的數目和平均尺寸隨著(zhù)p和T的增加而增大,隨著(zhù)A的增加已知激光延時(shí)的改變不會(huì )對信號的種類(lèi)和相對強度造而減小)。脈沖閥噴嘴超聲射流形成的脈沖分子束,在束成影響,只是使各信號的強度發(fā)生改變。從圖3看出隨著(zhù)激的前端、中端和后端分子束壓強存在差異,即經(jīng)歷一個(gè)小,大,小的變化過(guò)程,而且隨著(zhù)脈沖分子束的遷移溫低,也會(huì )對團簇信此激光相對于脈沖間位置,分子束中的壓將作用而與激光發(fā)生作用被電離的團簇數目也增加,故延時(shí)下甲醇、之醇水混合團簇隨激光延時(shí)的變激光延時(shí)的進(jìn)”步增加會(huì )慢慢作用在脈沖分子束的后半部下,四種團簇離子強度變化的單點(diǎn)圖。四種離子是減少,所以信號強度也隨之減弱脈沖閥由電磁圈控制,可能H2OH)H,(H2Q)(CHCH2OH),H,所對應的單點(diǎn)圖造成了團簇強度呈現不規則的強度分布,正如上圖所示質(zhì)子化延時(shí)的整個(gè)過(guò)程中明顯發(fā)生改變。簇離子(CH3CHOH)H,(CH1OH)(H2O)(CH3CH2OH)HCH,OH )( CH, CH, OH),H*,( CH, CH2OH). ( H20)2H* fil(CH3CH2OH)a(H2O)H(n=0~4)。利用飛行時(shí)間質(zhì)諾儀測量了團簇離子的信號強度分布。實(shí)驗中得到的質(zhì)子化團延時(shí)不同對團簇離子強度的變化規律,并發(fā)現對于(CH2OH)1)(HO)( CHCH,OH)nH團簇離子,當n=2時(shí)信號強度具有最大值猜測其可能呈現出n=2的幻數結構?！?[1] Lee N, Keesee, R.G., Castleman, A W., Jr J Colloid On the Cor-on[J], Interface Sci, 1980,75555-565rav.A, Even. U and Jortner. Electronic- vibrational excitations25-12matie molecules in large argon cluster[ J).J Phys. Chem, 1982[3] Scherer. N. F, Khundkar, L R, Remsein R B and Zewail.A.H圖2不同激光延時(shí)對四種團族離子尺寸的影響Real-time picosecond clocking of the collision complex in a bimolecu從圖象可以看出,(CHCH20H)H*,(CH3OH)reaction: The birth of OH from H+CO[J].J. Chem. Phys1987,87:1451-1453(CH3CH2OH)2H,(H2O)(CHCH2OH)H團簇系列隨著(zhù)團(4)uiY, Liu x H, Wang XY,LoNQ. Multiphoton lonization and Ini簇尺寸的增加信號強度依次遞減。而(CHOH)(H2O)Bonded Clusters CHSN(CHCH2OH)nH·混合質(zhì)子化團簇的強度則在n=2時(shí)出現極(H2O)n[ J.J. Phys. Chem.A,199,103(15):2572-大值猜測這種質(zhì)子化團簇可能呈現出n=2的幻數結構,但] Shinohara h, Nagashima U.NhiN.Mas平dm在圖1中并未看出(CHOH)(H2O)(CH2H2OH)2H*是幻數結析。另外從所有的信號圖=20 in the serin(H,0)n (J).Chem. Phys. Lett., 1984, 111(5):511-513中發(fā)現著(zhù)激光延時(shí)的改變激光作用于(6) Ping xia, James J Gar, Metastable Decomposition永沖束的中部時(shí)度最大INH,_H Heter cluster Ions[ J). Phys. Chem., 1995, 99(11):[7] Li Y, Lu RC, Hu y J, WangXYnization and ab ini-tio calculation studies of pyridineclusters using time ofmass spectromet2001,3(2):153[8] Zhang Bailin, Mu Xiaolan.StructuresElectronic Conductivity[J]15(4);181-0121A球溶高用雞調。在雙時(shí)含?0a圖3不同激光延時(shí)下甲醇/乙醇/水混合團簇離子強度的變化和甲醇團簇中的質(zhì)子轉移反應〔.化學(xué)物2(1-4))分析超聲分子束的持續時(shí)間達1.0m左右電離報,2000,13(6):641-648激光相對于開(kāi)啟時(shí)間的延時(shí)不同,作用在不[2)姜素蓉等乙醇/水混合團簇的多光子電離質(zhì)譜研究[J.激光同位置,但是在此過(guò)程中電離產(chǎn)物的種類(lèi)及強度分布沒(méi)有雜志,2007,28(1):29-30A28 [13] Hirao K, Sano M. Theoretical study on the gas-phase salvation of the度由其自身的穩定性決定用在脈沖分proton by methanol and dimethyl ether[J)]. Chem. Phys. Lett., 1982置對生成團簇的影響,主要是由脈沖束內的氣壓不同引起87:181-185的。在分子束的前端和后端氣壓較小,生成的團簇分子的濃