Новый метод предлагает беспрецедентные детали в измерении молекулярного движения и энергии, что позволяет лучше контролировать и понимать химические реакции в области биотехнологических исследований.
Метод, который был недавно опубликован в Nature Communications, использует рассеяние рентгеновских лучей для измерения конкретных движений атомов в молекуле с экстремальным разрешением по энергии.
«Идея основана на переводе молекулы в высокоэнергетическое локализованное состояние», — говорит Виктор Кимберг, исследователь из отдела теоретической химии и биологии Королевского технологического института KTH в Стокгольме. Рентгеновское излучение, которое он испускает, затем сканирует энергетический ландшафт молекулы с уровнем точности, который Кимберг сравнивает с наблюдением за движениями отдельных насекомых с вершины горы.
Каждая молекула имеет свой собственный энергетический «ландшафт» или полный многомерный спектр движения, которому подвергаются атомы, когда молекула находится под действием энергии. Эти движения включают изгиб и растяжение связей. Выражаясь в геометрических терминах, отношения атомов друг к другу в одной молекуле являются одними из ключевых вещей, которые необходимо знать ученым, чтобы определить поверхность потенциальной энергии молекулы (ППЭ) — важное значение в изучении молекулярных структур и свойств. и реактивность.
«PES полезен для таких процессов, как катализ и фотохимия», — говорит Кимберг.
По его словам, впервые этот метод позволяет ученым разбить коллективное движение атомов в молекуле на элементарные компоненты.
«Теперь мы можем пойти дальше, чем исследовать коллективное многомерное движение атомов в молекуле, и посмотреть на конкретные колебания вдоль выбранных координат реакции», — говорит он. "Мы не знаем другого способа сделать это, поэтому похоже, что наша идея новая."
Обычно, когда молекула возбуждена, единственные доступные измерения показывают движение всего атома одновременно.
Полный ландшафт PES сложен со всеми типами вибраций. Кимберг говорит, что с помощью предлагаемого ими метода энергия рентгеновских фотонов может быть настроена для возбуждения колебаний выделенного типа ядерного движения, что, по его словам, может служить основой для разработки методов управления реакциями.
«Мы ясно показываем, что настройка энергии рентгеновских фотонов в резонанс с одним возбужденным состоянием ядра вызывает только симметричное растягивающее движение; в то время как настройка на другое возбужденное состояние ядра возбуждает исключительно изгибающее движение», — говорит он.
Измерения проводились в синхротронной лаборатории Swiss Light Source (SLS) в Цюрихе в сотрудничестве с группой KTH, в которую входили Кимберг, Фарис Гельмуханов и Ханс Агрен, которые отвечали за лежащую в основе теорию и моделирование.