(PhysOrg.com) -- Tänk om du kunde förvandla hela höstacken till nålar? Istället för att jaga efter ett föremål, du skulle ha 10 miljarder av de önskade föremålen placerade snyggt framför dig. Det är vad forskare vid Pacific Northwest National Laboratory gjorde för forskare som analyserade nanopartiklar. Med hjälp av jon-mjuklandningstekniken utvecklad vid PNNL, forskarna förberedde en homogen, föroreningsfritt prov av guldkluster, små partiklar som består av 11 guldatomer vardera. Teamet analyserade sedan proverna i det nya aberrationskorrigerade transmissionselektronmikroskopet eller TEM vid EMSL.

"Detta är ett mycket lovande tillvägagångssätt för TEM-provberedning, " sa Dr Julia Laskin, en fysikalisk kemist vid PNNL som ledde forskningen.

Runt världen, forskare använder TEM för att få detaljerad information om strukturen hos nya katalysatorer och andra material. Ett exempel är guld, som kan vara mycket reaktiva och utmärkta katalysatorer i nanopartikelform. Dock, TEM-analysen kan förstöra de subnanometerstora partiklar som undersöks. Så, forskare måste ständigt jaga genom konventionella heterogena prover för att hitta fler av de partiklar de vill analysera. Genom att använda tekniken för beredning av jonmjuklandningsprov, forskare får jobbet gjort snabbare eftersom alla 10 miljarder partiklar är likadana.

"TEM är arbetshästens teknik för att karakterisera små partiklar, " sa Dr Grant Johnson, en fysikalisk kemist vid PNNL och den första Linus Pauling Distinguished Postdoc Fellow. "Det här är ett sätt att göra den värdefulla processen enklare."

Forskargruppen fokuserade på 11-atoms guldkluster. Guldkluster har kemiska och fysikaliska egenskaper som är mycket storleksberoende. Att ta bort eller lägga till en atom kan avsevärt förändra strukturen och beteendet hos klustren, som är av intresse för forskare för deras potential att skapa material med nya kemikalier, magnetiska eller optiska egenskaper. Thomas präst, en DOE Science Undergraduate Laboratory praktikant, syntetiserade klustren, skapa en rödorange lösning. Syntesprocessen genererar flaskor fulla av vätska, packad med guldpartiklar av olika storlekar.

Johnson elektrosprayade sedan lösningen i en unik specialbyggd masspektrometer vid EMSL som är speciellt designad för mjuklandning av joner. Elektrosprayen förvandlar guldklustren i vätskan till joner i en gasström. Han ställde sedan in masspektrometern för att välja önskade kluster:de 11 guldatomjonerna. Jonerna avsattes sedan försiktigt med kontrollerad energi på ett provgaller.

Dr. Chongmin Wang tog sedan upp det provladdade gallret och tog det till ett annat laboratorium som innehöll elektronmikroskopet. Wang kunde få bilder av klustren, därigenom bestämma deras storlek, vilket var 0,8 nanometer, och bekräftar deras homogenitet.

Johnson och medlemmar av Laskins team studerar nu hur strukturen hos dessa små kluster förändras när olika antal guldatomer används för att bilda klustret. Till exempel, hur förändras strukturen när 8 guldatomer finns i klustret mot 6?