Новости химической науки > Водородная связь под АСМ – реальность или артефакт

У ряда исследователей возникли сомнения – являются ли опубликованные ранее и вызвавшие активное обсуждение изображения водородной связи, полученные с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) [atomic force microscopy (AFM)] действительно изображением водородной связи или просто артефактом.

Такой вопрос был поднят из-за того, что элемент ранее изображения, подобный обнаруженному проявился на картинке между атомами азота, которые, как известно, не образуют водородную связь друг с другом. Как отмечает автор новой работы Питер Лильерот (Peter Liljeroth) из Университета Аалто (Финляндия), новые результаты не отрицают того, что повышенная контрастность изображения, обнаруженная на прежнем результате исследования водородно-связанных молекул, относится именно к водородной связи. Тем не менее, эта же контрастность изображения может проявляться и без молекул, способных к образованию водородных связей.

Началом работ по визуализации различных химических связей можно считать предложенный исследователями из отделения IBM в Цюрихе подход, заключающийся в закреплении на зонде атомно-силового микроскопа молекулы моноксида углерода. Эта экспериментальная уловка позволила не только получать «фотографии» расположения атомов в молекуле, но и определять кратность связей, которыми эти атомы связаны.

Ранее Лильерот и его коллеги обнаружили странные расхождения в величинах длины связей в графене, измеренных с помощью АСМ и других методов. Для того чтобы прояснить такую зависимость длины связи от результатов измерения финские исследователи решили изучить с помощью АСМ и другие молекулярные системы. К их удивлению, результаты исследования объекта показали картину, ранее отнесенную к способу проявления водородной связи в АСМ, но расположенную там, где ее не должно было быть – между атомами азота [1].

Результаты исследования четырех молекул бис(пара-пиридил)ацетилена с помощью АСМ продемонстрировал между двумя атомами азота зону высокого контраста, ранее отнесенную к водородной связи. (Рисунок из Phys. Rev. Lett., 2014, DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.186102)

Примерно одновременно с финнами, Сяохуэй Ци (Xiaohui Qiu) из Национального Центра Нанотехнологий (Пекин) опубликовал изображения АСМ, визуализирующие водородные связи, возникающие между молекулами хинолонов. Ци отмечает, что работа его группы была продиктована желанием добиться более глубокого понимания того, каким образом молекулярный зонд АСМ из моноксида углерода способствует формированию контрастного фрагмента изображения, отнесенного к водородной связи.

Как поясняет Лильерот, в основе получения изображений, построенных с помощью молекулярного зонда АСМ из моноксида углерода, лежит принцип измерения сил отталкивания, возникающих между СО и образцом, эти силы отталкивания пропорциональны электронной плотности образца. Он добавляет, что электронная плотность водородной связи, как правило, очень невелика, поэтому непонятно, почему мы можем ее наблюдать.

Результаты исследования феномена финскими исследователями позволяют предположить, что узкие контрастные линии, наблюдающиеся в изображениях АСМ, не являются результатами взаимодействия моноксида углерода с областями высокой электронной плотности. Лильерот предполагает, что такие картины образуются в результате появления «потенциала взаимодействия» и, скорее, являются артефактом, который может проявляться в определенных режимах регистрации изображения с помощью АСМ.

Тем не менее, Ци не удовлетворен таким объяснением, добавляя, что, если принимать во внимание объяснение финских коллег, можно предсказать появление подобных линий между атомами азота и кислорода при изучении 8-гидрохинолина, однако такие линии не наблюдались. Таким образом, остается нерешенным вопрос о влиянии моноксида углерода на картину изображения, полученного с помощью СО-зондирования. Следует также отметить, что ранее в этом году группа исследователей из Чехии и Германии также публиковали результаты, в которых СО-зондирование приводило к появлению контрастных линий, зависящих от режима регистрации изображения с помощью АСМ [2]. Пока идут дискуссии о природе появления контрастных линий в АСМ, единственным выводом, который можно сформулировать в настоящий момент является то, что специалисты по атомно-силовой микроскопии и других типов сканирующих микроскопий должны более аккуратно подходить к интерпретации экспериментальных результатов.

Источники: [1] Phys. Rev. Lett., 2014, DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.186102; [2] Phys. Rev. B,. 2014, DOI: 10.1103/PhysRevB.90.085421

метки статьи: #аналитическая химия, #межмолекулярные взаимодействия, #природа химической связи