X射线光谱用于评估分子内的原子行为

根据发表在《美国化学学会杂志》上的一项研究，一个国际研究小组使用 X 射线光谱法评估了这些动态，这使他们能够检查分子内单个原子的行为。

质子引力。图片来源：Stephan Thürmer

在水体系中，质子转移是一个普遍存在的基本过程。一个分子失去一个质子，然后该质子与另一个分子结合。自200多年前提出最初的模型以来，由于其在生物学、能量转换和电化学等领域的重要性，研究人员一直在密切研究其机制。

他们的实验在日本同步辐射装置SPring-8上进行。这项研究的研究人员来自日本、德国、俄罗斯、瑞士和瑞典。

X射线激发导致超快解离并不少见，原子会迅速离开激发态分子。然而，这一次我们发现了完全相反的情况：局域激发反而吸引了一个质子，创造了一种我们称之为“缔合”的新状态。

——钟银，东北大学研究负责人、副教授

钟银及其同事选择性地激发了水相羟基离子 (OH ^-)，并研究了缔合态如何从相邻的水分子中吸引质子。除了显著的局部衰变外，他们还发现了共振非弹性X射线散射(RIXS) 的肩峰光谱特征。该技术监测原子散射X射线的能量损失，以提供有关分子环境的详细信息。这证明了水相OH ⁻ /OD ⁻中的同位素效应。

研究人员利用先进的聚类计算确定，水性 OD ⁻中较小的峰值特征是由质子在共振激发后接近 OD ⁻ /OD ⁻的缔合状态引起的。

溶剂化氢氧离子散射过程中的这一意外观察表明，RIXS 中的核动力学除了包括水和乙酸等系统中所见的解离状态外，还可以包括缔合状态。

领导理论研究的Victor Kimberg补充说，这一发现阐明了质子转移的机制，拓宽了X射线光谱的范围。RIXS的原子特定位置选择性是其优于其他基于光子的技术的显著优势，它可以成为探索溶液局部特征和动态的合适工具，具有广泛的化学和生物应用。

东北大学支持计划为2024财年的研究资助了文章处理费（APC）。