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Differentielle elastische Elektronenstreuquerschnitte von Cytosin und Thymin

02.01.2012

Nach der experimentellen Bestimmung der elastischen Elektronenstreuquerschnitte von Tetrahydrofuran und Trimethylphosphat, die als Modellmoleküle für die beiden Bausteine des DNA-Rückgrats Deoxyribose und Phosphatgruppe dienen, wurden diese Streuquerschnitte für die Nukleinbasen Cytosin und Thymin theoretisch berechnet. Die theoretische Berechnung erfolgte, weil die Nukleinbasenmoleküle bei Zimmertemperatur in fester Form vorliegen und deshalb die Bestimmung der Elektronenstreuquerschnitte mittels einer Messung in der "Crossed-Beam-Anordnung" extrem schwierig ist.

Die Berechnung erfolgte mit Hilfe des Modified Independent-Atom Modells [1], dessen Anwendbarkeit an Hand von experimentellen Daten anderer Moleküle überprüft wurde. Für Elektronenenergien über 60 eV ergab sich eine qualitativ gute Übereinstimmung mit den gemessenen elastischen Elektronenstreuquerschnitten von Tetrahydrofuran, Trimethylphosphat und Pyrimidin. In dem Modell sind kohärente und inkohärente Mehrfachstreuung der einfallenden Elektronenwelle an den das jeweilige Molekül aufbauenden Atomen sowie die Austauschwechselwirkung berücksichtigt. Die Fernwechselwirkung mit dem Molekül wurde mit einem Polarisationspotential, dessen Ursprung im geometrischen Mittelpunkt des Moleküls liegt, beschrieben.

Abbildung 1 a - b zeigt die theoretisch berechneten differentiellen elastischen Elektronstreuquerschnitte von Cytosin und Thymin für fünf Elektronenenergien zwischen 60 eV und 1 keV als Funktion des Streuwinkels. In Abbildung 2 a - b sind die theoretischen elastischen Elektronstreuquerschnitte für 100 eV-Elektronen im Vergleich zu den neuesten experimentellen Ergebnissen von Colyer et al. [2] dargestellt. Die beiden Datensätze sind bei 90° aufeinander normiert. Diese Normierung ist sinnvoll, da Colyer et al. [2] die absolute Skala ihrer Streuquerschnitte nicht experimentell sondern durch die Anpassung ihrer Messdaten an die mit Hilfe des einfacheren Independent-Atom Modells berechneten Werte bestimmten. Aus Abbildung 2 a - b ist zu sehen, dass die Daten von Colyer et al. [2] die Winkelabhängigkeit der theoretischen Werte einschließlich der Schulterstruktur um 50° und des Minimums um 90° gut wiedergeben.

Abbildung 1 : Differentielle elastische Elektronstreuquerschnitte von Cytosin (a) und Thymin (b) für Elektronenenergien (-) 60 eV, (-) 100 eV, (-) 300 eV, (-) 600 eV, (-) 1000 eV.

Abbildung 2 : Differentielle elastische Elektronstreuquerschnitte von Cytosin (a) und Thymin (b) für 100 eV-Elektronen: (-) theoretische Werte, () experimentelle Daten von Colyer et al. [2].

Literatur

  1. S. Hayashi and K. Kuchitsu, J. Phys. Soc. Japan 41, 1724 (1976)
  2. C. J. Colyer, S. M. Bellm, F. Blanco, G. Garcia, and B. Lohman, J. Phys.: Conf. Series 288, 012014 (2011)