Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Sinyal oluşturma ve optimizasyon, ölçüm, veri toplama ve femtosecond zaman çözümlü yakın-IR uyarılmış Raman spektrometresi için veri işleme ayrıntıları açıklanmıştır. Yakın kızılötesi uyarılmış Raman çalışma toluen β-karoten heyecanlı durum dinamikleri üzerinde temsili bir uygulama olarak gösterilmiştir.
Femtosecond zaman çözülmüş uyarılmış Raman spektroskopisi yakın kızılötesi (yakın IR) geçişleri ile kısa ömürlü geçici yapısal dinamikleri gözlemleyerek umut verici bir yöntemdir, çünkü yakın IR bölgesinde spontan Raman spektrometrelerin düşük hassasiyetini aşabilir. Burada, son zamanlarda geliştirdiğimiz bir femtosecond zaman çözümlü yakın-IR multipleks uyarılmış Raman spektrometre teknik detayları açıklar. Kaydedilen verilerin sinyal üretimi ve optimizasyonu, ölçümü, veri toplama ve kalibrasyonu ve düzeltilmesi ile ilgili bir açıklama da sağlanır. Tolüen çözeltisinde β-karotenin heyecanlı durum dinamiklerini analiz etmek için spektrometremizin bir uygulamasını savuruyoruz. İkinci en düşük heyecanlı singlet (S2)durumunda ki β-karotenin C=C streç bandı ve kaydedilen zaman çözümlü raman spektrumlarında en düşük heyecanlı singlet (S1)durumu açıkça görülmektedir. Femtosecond zaman çözümlü yakın IR uyarılmış Raman spektrometresi basit moleküllerden karmaşık malzemelere π-conjugate sistemlerinin yapısal dinamikleri için geçerlidir.
Raman spektroskopisi, basit gazlardan, sıvılardan ve katılardan fonksiyonel malzemelere ve biyolojik sistemlere kadar çok çeşitli numunelerde moleküllerin yapılarını araştırmak için güçlü ve çok yönlü bir araçtır. Raman saçılımı, uyarma ışığının foton enerjisi bir molekülün elektronik geçiş enerjisiile çakıştığında önemli ölçüde artar. Rezonans Raman etkisi, bir türün Raman spektrumunun birçok molekülden oluşan bir örnekte seçici olarak gözlemlemesini sağlar. Yakın-IR elektronik geçişler büyük π-konjuge yapıları ile moleküllerin heyecanlı devlet dinamikleri araştırmak için bir sonda olarak çok dikkat çekiyor. Enerji ve en düşük heyecanlı singlet devlet ömrü uzun bir tek boyutlu poliene zinciri1,2,3olan birkaç karotenoidler için tespit edilmiştir. Nötr ve yüklü uyarma dinamikleri yoğun filmler4,5,6,7, nano tanecikleri8çeşitli fotoiletken polimerler için araştırılmıştır , ve çözümler9,10,11. Bu sistemlere zaman-IR Raman spektroskopisi uygulandığı takdirde geçici yapıların detaylı bilgileri elde edilebilir. Sadece birkaç çalışma, ancak, zaman çözülmüş yakın-IR Raman spektroskopi bildirilmiştir12,13,14,15,16, yakın-IR Raman spektrometreduyarlılığı son derece düşük olduğu için. Düşük duyarlılık esas olarak neredeyse IR Raman saçılma olasılığının düşük olma olasılığından kaynaklanır. Spontan Raman saçılma olasılığı ωiωs3ile orantılıdır, ωi ve ωs sırasıyla uyarma ışığının frekansları ve Raman saçılma ışığıdır. Buna ek olarak, ticari olarak mevcut yakın IR dedektörleri UV ve görünür bölgelerde çalışan CCD dedektörleri çok daha düşük hassasiyete sahip.
Femtosecond zamanlı uyarılmış Raman spektroskopisi bir lazer darbe belirgin Fourier-transform sınırı 17 ötesinde Raman aktif titreşim bantları zamana bağlı değişiklikleri gözlemlemek için yeni bir yöntem olarak ortaya çıkmıştır17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28 ,29,30,31,32,33. Uyarılmış Raman saçılma iki lazer darbeleri ışınlama tarafından oluşturulur: Raman pompa ve sonda darbeleri. Burada Raman pompa darbesinin sonda darbesinden daha büyük bir frekansa sahip olduğu varsayılır. Raman pompası ve sonda darbeleri frekansları arasındaki fark Raman aktif moleküler titreşim frekansı ile çakıştığında, titreşim tutarlı ışınlanmış hacim moleküllerin çok sayıda için heyecanlı. Tutarlı moleküler titreşimin neden olduğu doğrusal olmayan polarizasyon, sonda darbesinin elektrik alanını geliştirir. Uyarılmış Raman saçılma zaman çözülmüş yakın IR spontan Raman spontan spontan duyarlılık sorunu çözebilir çünkü bu teknik, özellikle yakın IR Raman spektroskopisi için güçlüdür. Uyarılmış Raman saçılımı, sonda darbesinin yoğunluk değişiklikleri olarak algılanır. Yakın bir IR dedektörü düşük hassasiyete sahip olsa bile, sonda yoğunluğu yeterince arttığında uyarılmış Raman saçılma tespit edilecektir. Uyarılmış Raman saçılma olasılığı ωRPωSRSile orantılıdır , ωRP ve ωSRS Raman pompa darbesi nin frekansları ve uyarılmış Raman saçılma, sırasıyla20. Uyarılmış Raman saçılımı, ωRP ve ωSRSiçin frekanslar sırasıyla ωi ve ω spontan Raman saçılımı için ωs'e eşdeğerdir. Biz son zamanlarda π-conjugate sistemleri2,3,7,10fotojenler fotojen yapıları ve dinamikleri araştırmak için uyarılmış Raman saçılma kullanarak bir femtosecond zaman çözülmüş yakın IR Raman spektrometre geliştirdik. Bu makalede, bizim femtosecond zaman çözülmüş yakın-IR multipleks Raman spektrometre uyarılmış teknik detayları sıyoruz. Optik hizalama, zaman çözülmüş uyarılmış Raman spektrumlarının edinimi ve kayıtlı spektrumların kalibrasyonu ve düzeltilmesi tanımlanmıştır. Toluen çözeltisinde β-karotenin heyecanlı durum dinamiği spektrometrenin temsili bir uygulaması olarak incelenir.
1. Elektrikli cihazların başlatılması
2. Spektrometrenin optik hizalaması
3. Yazılım işletimi
4. Prob spektrumunun optimizasyonu
5. Sabit uyarılmış Raman spektrumlarının ölçümü
6. Zaman içinde çözülmüş absorpsiyon spektrumunun ölçümü
7. Zaman çözümlü uyarılmış Raman spektrumlarının ölçümü
8. Raman vardiya kalibrasyonu
Femtosecond zamanlı olarak çözülmüş yakın IR uyarılmış Raman spektroskopisi toluen çözeltisinde β-karoten uygulandı. Numunenin konsantrasyonu 1 x 10-4 mol dm-3idi. Örnek 1 μJ darbe enerjisi ile 480 nm aktinik pompa darbe tarafından fotoexcited oldu. Toluen'deki β-karotenin zaman içinde çözülmüş uyarılmış Raman spektrumları Şekil 2A'dagösterilmiştir. Ham spektrum, solvent toluen güçlü Raman bantları ve zemin durumunda ?...
Femtosecond zaman-ir yakın-IR multipleks uyarılmış raman ölçümü önemli faktörler
Zaman çözülmüş yakın IR yüksek sinyal-gürültü oranı ile Raman spektrum uyarılmış elde etmek için, prob spektrumu ideal tüm dalga boyu aralığında düzgün yoğunluğu olmalıdır. Beyaz ışık sürekliliği üretimi (bölüm 2.5) bu nedenle, raman deneylerini uyaran zaman ayarı olan yakın-IR'nin en önemli parçalarından biridir. Genel olarak, sonda spektrumu olay ışınının şiddeti art...
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Bu çalışma JSPS KAKENHI Hibe Numaraları JP24750023 tarafından desteklenmiştir, JP24350012, MEXT KAKENHI Hibe Numaraları JP26104534, JP16H00850, JP26102541, JP16H00782 ve Özel Üniversitelerde Stratejik Araştırma Vakfı MEXT Destekli Programı, 2015-2019.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1-Axis Translational Stage | OptSigma | TSD-401S | Products equivalent to this are used as well; for M22, L9, and CM in Figure 1A |
20-cm Optical Delay Line | OptSigma | SGSP26-200 | ODL1 in Figure 1A |
3-Axis Translational Stage | OptSigma | TSD-405SL | For L8 in Figure 1A |
3-Axis Translational Stage | Suruga Seiki | B72-40C | For FC in Figure 1A |
5-cm Optical Delay Line | PMT | HRS-0050 | ODL2 in Figure 1A |
Al Concave Mirror | Thorlabs | CM254-050-G01 | Focal length: 50 mm; CM in Figure 1A |
Base Plate | Suruga Seiki | A21-6 | Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM, and FC in Figure 1A |
BBO Crystal | EKSMA Optics | - | Type 1, θ = 23.2 deg; BBO in Figure 1A |
BK7 Plano-Concave Lens | OptSigma | SLB-25.4-50NIR2 | Focal length: 50 mm; IR anti-reflection coating; L6 in Figure 1A |
BK7 Plano-Convex Lens | OptSigma | SLB-25.4-150PIR2 | Focal length: 150 mm; IR anti-reflection coating; L2, L3, L5 in Figure 1A |
BK7 Plano-Convex Lens | OptSigma | SLB-25.4-100PIR2 | Focal length: 100 mm; IR anti-reflection coating; L4 in Figure 1A |
BK7 Plano-Convex Lens | OptSigma | SLB-25.4-200PIR2 | Focal length: 200 mm; IR anti-reflection coating; L7 in Figure 1A |
Broadband Dielectric Mirror | OptSigma | TFMS-25.4C05-2/7 | M22-M25, M28, M29 in Figure 1A |
Broadband Dielectric Mirror | Precision Photonics (Advanced Thin Films) | - | M26, M27, M30-M32 in Figure 1A |
Broadband Half-Wave Plate | CryLight | - | HWP3 in Figure 1A |
Color Glass Filter | HOYA | IR85 | F1 in Figure 1A |
Color Glass Filter | HOYA | RM100 | F2 in Figure 1A |
Color Glass Filter | Schott | BG39 | F3 in Figure 1A |
Computer | Dell | Vostro 200 Mini Tower | OS: Windows XP |
Cyclohexane | Kanto Kagaku | 07547-1B | HPLC grade |
Data Analysis Software | Wavemetrics | Igor Pro 8 | |
Dielectric Beamsplitter | LAYERTEC | - | Reflection : Transmission = 2 : 1; BS1 in Figure 1A |
Dielectric Beamsplitter | LAYERTEC | - | Reflection : Transmission = 1 : 1; BS2, BS3 in Figure 1A |
Dielectric Mirror | Precision Photonics (Advanced Thin Films) | - | M1-M8 in Figure 1A |
Digital Oscilloscope | Tektronix | TDS3054B | 500 MHz, 5 GS/s |
Elastomer Tube | - | - | Figure 1E |
Femtosecond Ti:sapphire Oscillator | Coherent | Vitesse 800-2 | Wavelength: 800 nm, pulse duration: 100 fs, average power: 280 mW, repetition rate: 80 MHz; included in Ti:S in Figure 1A |
Femtosecond Ti:sapphire Regenerative Amplifier | Coherent | Legend-Elite-F-HE | Wavelength: 800 nm, pulse duration: 100 fs, pulse energy: 3.5 mJ, repetition rate: 1 kHz; included in Ti:S in Figure 1A |
Film Polarizer | OptSigma | SPFN-30C-26 | P1 in Figure 1A |
Glan-Taylor Prism | OptSigma | GYPB-10-10SN-3/7 | P2 in Figure 1A |
Gold Mirror | OptSigma | TFG-25C05-10 | M9-M21 in Figure 1A |
Half-Wave Plate | OptSigma | WPQ-7800-2M | HWP1 in Figure 1A |
Harmonic Separator | Coherent | TOPAS-C HRs 410-540 nm | HS in Figure 1A |
InGaAs Array Detector | Horiba | Symphony-IGA-512X1-50-1700-1LS | 512 ch, Liquid nitrogen cooled |
InGaAs PIN Photodiode | Hamamatsu Photonics | G10899-01K | |
IR Half-Wave Plate | OptiSource | - | HWP2 in Figure 1A |
Iris | Suruga Seiki | F74-3N | Products equivalent to this are used as well; I1-I17 in Figure 1A |
Lens Holder | OptSigma | LHF-25.4S | Products equivalent to this are used as well; for L1-L10 in Figure 1A |
Magnetic Gear Pump | Micropump | 184-415 | |
Mirror Mount | Siskiyou | IM100.C2M6R | Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, BBO, CM in Figure 1A |
near-IR phosphor card | Thorlabs | VRC2 | |
Nut | - | - | Figure 1E, M4; purchased from a DIY store |
Optical Chopper | New Focus | 3501 | OC in Figure 1A |
Optical Parametric Amplifier | Coherent | OPerA-F | OPA1 in Figure 1A |
Optical Parametric Amplifier | Coherent | TOPAS-C | OPA2 in Figure 1A |
Polarizer Holder | OptSigma | PH-30-ARS | Products equivalent to this are used as well; for P1-P2 and HWP1-3 In Figure 1A |
Polyfluoroacetate Tube | - | - | Figure 1E |
Post Holder | OptSigma | BRS-12-80 | Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM, and FC in Figure 1A |
Quartz Flow Cell | Tosoh Quartz | T-70-UV-2 | FC in Figure 1A |
Quartz Plano-Concave Lens | OptSigma | SLSQ-25-50N | Focal length: 50 mm; L8 in Figure 1A |
Quartz Plano-Convex Lens | OptSigma | SLSQ-25-100P | Focal length: 100 mm; L1, L9 in Figure 1A |
Quartz Plano-Convex Lens | OptSigma | SLSQ-25-220P | Focal length: 220 mm; L10 in Figure 1A |
Sapphire Plate | Pier Optics | - | 3 mm thick; SP in Figure 1A |
Si PIN Photodiode | Hamamatsu Photonics | S3883 | |
Single Spectrograph | Horiba Jobin Yvon | iHR320 | Focal length: 32 cm |
Stainless Steel Rod | Suruga Seiki | A41-100 | Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM, and FC in Figure 1A |
Stainless Steel Rod | Newport | J-SP-2 | Figure 1E |
Toluene | Kanto Kagaku | 40180-1B | HPLC grade |
U-Shaped Steel Plate | - | - | Figure 1E; purchased from a DIY store |
Variable Neutral Density Filter (with a holder) | OptSigma | NDHN-100 | VND1 in Figure 1A |
Variable Neutral Density Filter (with a holder) | OptSigma | NDHN-U100 | VND2 in Figure 1A |
Visual Programming Language | National Instruments | LabVIEW 2009 | The control software in this study is programmed in LabVIEW 2009 |
Volume-Grating Bandpass Filter | OptiGrate | BPF-1190 | BPF in Figure 1A |
β-Carotene | Wako Pure Chemical Industries | 035-05531 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır