交叉分子束方法(技术与装置)

沿革

交叉分子束方法

交叉分子束方法用来是研究反应动态学的一种实验技术，由两个不同喷嘴喷发出两股不同的分子(或原子)束，在一高真空的反应腔中形成交叉，使分子或原子产生碰撞而散射。可以藉此探讨化学反应中的分子动力机制，以及侦测出化学反应中的分子碰撞现象 。

技术与装置

在一个交叉分子束的装置中，首先必须先将两股汽化的分子(或原子)束的浓度，稀释至可以忽略其自己与自己在真空反应腔碰撞的浓度。如此一来，碰撞後生成物散射的方向、速度可以马上被侦测到，有时还会直接外接气态质谱仪，来测定生成物的质量。 这样一次便可直接得到生成物的动量、角动量及振动态的能量分布。

沿革

交叉分子束技术是由 赫许巴哈 和 李远哲所发展与建立起来的。他们也因此而获得1986年的诺贝尔化学奖。 这个分子束的技最早是在1953年由橡树岭国家实验室的 Taylor 与Datz提出, 但是，赫许巴哈与李远哲改良了设计，并开始应用来研究气态的化学反应机制。

最早的交叉分子束的实验，主要是研究碱金属，如钾、铷、铯。当散射的碱金属离子撞击到热金属丝时，它们会迅速的游离，而产生一个小电流。这是一个非常简单实用与敏感的侦测方法。 可惜的是，此方法只能用来侦测碱金属离子的化学反应。新的分析方法必须建立起来去研究其他非碱金属的化学反应。

热金属丝用来侦测散射粒子，可以侦测到散射角度分部，但是无法侦测分子的动能. 为了得到更好的动能分布,早期的交叉分子束仪在碰撞反应中心及侦测器之间摆了很多狭缝圆盤。利用控制圆盤的转动速度，让特定散射速度的分子通过狭缝，直达侦测器。 如此可得知分子的速度、角度分部以及散射分子的种类，便能逐步建立起化学反应的动力学基础。

後来的改进有合并使用 quadrupole mass filters 去筛选有兴趣研究的分子, 或是 time-of-flight mass spectrometers 去简化动能的测量。这些改良大大的提高侦测方法的可行性与增加了侦测的分子种类。