Hi-Tech

Справа: изомеры 3-аминофенола (вверху: транс-, внизу: цис-) и их дипольный момент. Слева: распределение энергий молекул изомеров в зависимости от напряженности электрического поля. Изображение из статьи исследователей.

Изомерами называются молекулы, одинаковые по составу и массе, но разные по структуре и потому отличающиеся некоторыми свойствами. Фильсингер и его коллеги занимались двумя изомерами аминофенола: цис-3-аминофенолом и транс-3-аминофенолом.

Оба они имеют формулу C₆H₄(NH₂)OH: молекула состоит из углеродного кольца, к которому присоединены (через один атом углерода) аминогруппа (-NH₂) и гидроксидная группа (-OH). Изомеры отличаются ориентацией гидроксидной группы (см. иллюстрацию). Такие изомеры называются конформационными.

До сих пор не существовало эффективного способа разделения этих двух типов молекул, хотя для детального их изучения лучше работать с ними по отдельности. Группа Фильсингера использовала для разделения то свойство молекул, которым они заметно отличаются: дипольный момент величину, зависящую от расположения зарядов в молекуле. За счет различной ориентации гидроксидной группы дипольный момент различается почти в три раза.

Исследователи испаряли небольшую порцию вещества, содержащую оба вида изомеров, затем группировали молекулы в пучок и пропускали его сквозь металлическую трубку, которая состояла из четырех стержней, служащих электродами. Прибор подобен квадрупольному фильтру масс: обычный квадрупольный фильтр масс сортирует частицы по отношению заряда к массе, а фильтр группы Фильсингера по отношению дипольного момента к массе.

За счет разницы в дипольном моменте в электрическом поле цис- и транс-изомеры вели себя по-разному. Изменяя параметры поля, можно было добиться того, чтобы до конца трубки долетали молекулы только одного типа.