Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Метод наблюдения за газообразной атомной структурой
Method of observing gaseous atomic structure
Газовая электронная дифракция (ГЭД) является одним из применений методов электронной дифракции. Целью этого метода является определение структуры газообразных молекул, то есть геометрического расположения атомов, из которых состоит молекула. ГЭД – один из двух экспериментальных методов (наряду с микроволновой спектроскопией) для определения структуры свободных молекул, не искаженных межмолекулярными взаимодействиями, которые повсеместно присутствуют в твердом и жидком состояниях. Определение точных молекулярных структур посредством исследований ГЭД имеет фундаментальное значение для понимания структурной химии. Полная интенсивность рассеяния состоит из двух частей: атомной интенсивности рассеяния и молекулярной интенсивности рассеяния. Первая уменьшается монотонно и не содержит информации о молекулярной структуре. Вторая характеризуется синусоидальными модуляции, возникающими в результате интерференции сферических волн рассеяния, генерируемых при рассеянии от атомов, входящих в состав молекулы. Интерференционные явления отражают распределение атомов в молекуле, поэтому молекулярная структура определяется на основе этой части.
Gas electron diffraction (GED) is one of the applications of electron diffraction techniques. The target of this method is the determination of the structure of gaseous molecules, i. e., the geometrical arrangement of the atoms from which a molecule is built up. GED is one of two experimental methods (besides microwave spectroscopy) to determine the structure of free molecules, undistorted by intermolecular forces, which are omnipresent in the solid and liquid state. The determination of accurate molecular structures by GED studies is fundamental for an understanding of structural chemistry. The total scattering intensity is composed of two parts: the atomic scattering intensity and the molecular scattering intensity. The former decreases monotonically and contains no information about the molecular structure. The latter has sinusoidal modulations as a result of the interference of the scattering spherical waves generated by the scattering from the atoms included in the target molecule. The interferences reflect the distributions of the atoms composing the molecules, so the molecular structure is determined from this part.
Эксперимент
На рисунке 1 показаны чертеж и фотография электронного дифракционного аппарата. На схеме 1 представлена схематическая процедура эксперимента по электронной дифракции. Быстрый электронный луч генерируется в электронном источнике и входит в дифракционную камеру, обычно при вакууме 10−7 мбар. Луч электронов сталкивается с перпендикулярным потоком газообразного образца, выходящего из сопла малого диаметра (обычно 0,2 мм). В точке столкновения электроны рассеиваются. Большая часть образца немедленно конденсируется и замораживается на поверхности криогенной ловушки, поддерживаемой при температуре 196 °C (жидкий азот). Рассеянные электроны детектируются на поверхности подходящего детектора на точно определенном расстоянии от точки рассеяния. Картина рассеяния состоит из диффузных концентрических колец (см. рисунок 2). Резкое уменьшение интенсивности может быть компенсировано прохождением электронов через сектор быстрого вращения (рис. 3). Сектор выполнен таким образом, что электроны с малыми углами рассеяния подвергаются большему затемнению, чем электроны с большими углами рассеяния. В качестве детектора может использоваться фотопластина, электронная пластина (наиболее распространенный метод в настоящее время) или другие позиционно-чувствительные устройства, такие как гибридные пиксельные детекторы (перспективная технология). Интенсивности, полученные при считывании пластин или обработке данных с других детекторов, затем корректируются с учетом эффекта сектора. Изначально они являются функцией расстояния между положением первичного луча и интенсивностью, а затем преобразуются в функцию угла рассеяния. Так называемая атомная интенсивность и экспериментальный фон вычитаются для получения окончательных экспериментальных интенсивностей молекулярного рассеяния в зависимости от s (изменения импульса). Эти данные затем обрабатываются подходящим программным обеспечением, таким как UNEX, для уточнения подходящей модели соединения и получения точной структурной информации в виде длин связей, углов и торсионных углов.
Figure 1 shows a drawing and a photograph of an electron diffraction apparatus. Scheme 1 shows the schematic procedure of an electron diffraction experiment. A fast electron beam is generated in an electron gun, enters a diffraction chamber typically at a vacuum of 10−7 mbar. The electron beam hits a perpendicular stream of a gaseous sample effusing from a nozzle of a small diameter (typically 0.2 mm). At this point, the electrons are scattered. Most of the sample is immediately condensed and frozen onto the surface of a cold trap held at 196 °C (liquid nitrogen). The scattered electrons are detected on the surface of a suitable detector in a well defined distance to the point of scattering. The scattering pattern consists of diffuse concentric rings (see Figure 2). The steep decent of intensity can be compensated for by passing the electrons through a fast rotation sector (Figure 3). This is cut in a way, that electrons with small scattering angles are more shadowed than those at wider scattering angles. The detector can be a photographic plate, an electron imaging plate (usual technique today) or other position sensitive devices such as hybrid pixel detectors (future technique). The intensities generated from reading out the plates or processing intensity data from other detectors are then corrected for the sector effect. They are initially a function of distance between primary beam position and intensity, and then converted into a function of scattering angle. The so called atomic intensity and the experimental background are subtracted to give the final experimental molecular scattering intensities as a function of s (the change of momentum). These data are then processed by suitable fitting software like UNEX for refining a suitable model for the compound and to yield precise structural information in terms of bond lengths, angles and torsional angles.