超快“电子相机”拍到解离过程中的质子，有望解开氢转移之谜
科技日报记者 张梦然
美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学领导的团队使用超快电子衍射记录了氨分子内氢原子的快速运动。该研究利用高能（兆电子伏MeV）电子的优势来研究氢原子和质子的转移，相关论文发表在最新一期《物理评论快报》上。
用紫外线照射氨（由1个氮原子和3个氢原子组成）会使氢原子从氨中解离。图片来源：南娜霍姆加德·利斯特/瑞典皇家理工学院
质子转移驱动着生物学和化学中的无数反应。线粒体是细胞的动力源，而质子泵对线粒体至关重要，于是准确了解其结构在这些反应过程中怎么演变特别必要。只是，质子转移发生在几飞秒内，速度极快。
想要捕捉质子转移，能够向分子发射X射线，再利用射线研究分子演化过程中的结构。遗憾的是，X射线仅与电子相互作用，而不与原子核相互作用，于是它不是最灵敏的办法。
为此，SLAC团队采用了超快电子衍射相机MeV-UED。他们利用紫外线照射氨气，解离或破坏其中一个氢氮键，然后发射一束电子穿过它并拍摄衍射电子。
团队不仅拍摄到氢与氮核分离的信号，还抓拍到分子结构的相关变化。更重要的是，散射的电子以不同的角度射出，于是它们可分离两个信号。
研究人员表示，在一个实验中并且拥有对电子敏感和对原子核敏感的双重能力，特别难得而且特别有用。假如能看到原子解离时最初发生了什么，不管是原子核依然电子首先分离，人们就能回答有关解离反应是怎么发生的咨询题。
这些信息让科学家越来越接近质子转移之谜的答案，有助于回答化学和生物学中更多的咨询题。这一成果还将对结构生物学产生重要妨碍，因为当前的X射线晶体学和冷冻电子显微镜等传统办法很难“看到”质子。
团队希望提高电子束的强度并提高实验的时刻分辨率，以便可以真正了解质子随时刻解离的每一个步骤。
来源：中国科技网