Ultraschnelle zeitaufgelöste Near-IR Stimulated Raman Messungen von funktionalen -konjugatsystemen

Zusammenfassung

Es werden Details zur Signalerzeugung und -optimierung, Messung, Datenerfassung und Datenverarbeitung für ein von Femtosekunden zeitaufgelöstes, von IR stimuliertes Raman-Spektrometer beschrieben. Als repräsentative Anwendung wird eine nahinfrarotstimulierte Raman-Studie über die Angereis-Zustands-Dynamik von Toluen gezeigt.

Zusammenfassung

Die femtosekundenlange, zeitaufgelöste stimulierte Raman-Spektroskopie ist eine vielversprechende Methode, um die strukturelle Dynamik kurzlebiger Transienten mit nah infraroten (Near-IR)-Übergängen zu beobachten, da sie die geringe Empfindlichkeit spontaner Raman-Spektrometer in der Nahen-IR-Region überwinden kann. Hier beschreiben wir technische Details eines femtosekundenschnell gelösten Beinahe-IR-Multiplex-stimulierten Raman-Spektrometers, das wir vor kurzem entwickelt haben. Eine Beschreibung der Signalgenerierung und -optimierung, Messung, Datenerfassung sowie Kalibrierung und Korrektur der aufgezeichneten Daten wird ebenfalls bereitgestellt. Wir präsentieren eine Anwendung unseres Spektrometers zur Analyse der Angerethen-Zustandsdynamik von .-Carotin in Tolululuin-Lösung. Ein C=C-Stretchband von '-Carotin im zweitniedrigsten angeregten Singlet (S₂) Zustand und dem niedrigsten angeregten Singlet (S₁) Zustand wird in den aufgezeichneten zeitaufgelösten stimulierten Raman-Spektren deutlich beobachtet. Das femtosekundenschnell gelöste, von IR stimulierte Raman-Spektrometer ist auf die strukturelle Dynamik von Systemen des Konjugats von einfachen Molekülen bis hin zu komplexen Materialien anwendbar.

Einleitung

Die Raman-Spektroskopie ist ein leistungsfähiges und vielseitiges Werkzeug zur Untersuchung der Strukturen von Molekülen in einer Vielzahl von Proben, von einfachen Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen bis hin zu funktionalen Materialien und biologischen Systemen. Die Raman-Streuung wird deutlich verstärkt, wenn die Photonenenergie des Anregungslichts mit der elektronischen Übergangsenergie eines Moleküls zusammenfällt. Der Resonanz-Raman-Effekt ermöglicht es uns, das Raman-Spektrum einer Spezies in einer Probe, die aus vielen Arten von Molekülen besteht, selektiv zu beobachten. Elektronische Übergänge in der Nähe von IR ziehen als Sonde viel Aufmerksamkeit auf sich, ....

Protokoll

1. Inbetriebnahme von Elektrogeräten

1. Schalten Sie das Femtosekunden-Lasersystem Ti:sapphire gemäß seiner Bedienungsanleitung ein. Warten Sie 2 h, bis sich das Lasersystem erwärmt hat.
2. Schalten Sie die Netzschalter des optischen Choppers, der Translationstagecontroller, des Spektrographen, des InGaAs-Arraydetektors und des Computers ein, während sich das System erwärmt. Füllen Sie den Dewar des Detektors mit flüssigem Stickstoff.

2. Optische Ausrichtung des Spektrometers

1. Spiegeleinstellung(Abbildung 1B)
   1. Überprüfen Sie die Position der Stütze auf der ....

Ergebnisse

Femtosekunden-zeitaufgelöste, von der IR stimulierte Raman-Spektroskopie wurde bei der Tolulu-Lösung auf die Toluen-Lösung angewendet. Die Konzentration der Probe betrug 1 x 10^-4 mol dm^-3. Die Probe wurde durch den aktinischen Pumpenimpuls bei 480 nm mit einer Pulsenergie von 1 J fotografiert. Zeitaufgelöste stimulierte Raman-Spektren von A-Carotin in Toluen sind in Abbildung 2Adargestellt. Die rohen Spektren enthielten starke Raman-Bänder des Lösungsmi.......

Diskussion

Entscheidende Faktoren bei der femtosekundenschnell gelösten Nah-IR-Multiplex-stimulierten Raman-Messung
Um zeitaufgelöste, von IR stimulierte Raman-Spektren mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten, sollte das Sondenspektrum idealerweise eine gleichmäßige Intensität im gesamten Wellenlängenbereich aufweisen. Die Erzeugung des Weißlichtkontinuums (Abschnitt 2.5) ist daher einer der wichtigsten Teile zeitaufgelöster, von der IR stimulierter Raman-Experimente. Im Allgemeinen wird das Sondens.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
1-Achsen-Translationstisch	OptSigma	TSD-401S	Es werden auch gleichwertige Produkte verwendet: für M22, L9 und CM in Abbildung 1A
20-cm-Optische Verzögerungsleitung	OptSigma	SGSP26-200	ODL1 in Abbildung 1A
3-Achsen-Translationstisch	OptSigma	TSD-405SL	für L8 in Abbildung 1A
3-Achsen-Translationstisch	Suruga Seiki	B72-40C	Für FC in Abbildung 1A
5 cm optische Verzögerungsleitung	PMT	HRS-0050	ODL2 in Abbildung 1A
Al Konkavspiegel	Thorlabs	CM254-050-G01	Brennweite: 50 mm; CM in Abbildung 1A
Grundplatte	Suruga Seiki	A21-6	Es werden auch Produkte verwendet, die diesem entsprechen: für M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM und FC in Abbildung 1A
BBO Crystal	EKSMA	Optics-Type	1, θ = 23,2 Grad; BBO in Abbildung 1A
BK7 Plankonkave Linse	OptSigma	SLB-25.4-50NIR2	Brennweite: 50 mm; IR-Antireflexbeschichtung; L6 in Bild 1A
BK7 Plankonvexe Linse	OptSigma	SLB-25.4-150PIR2	Brennweite: 150 mm; IR-Antireflexbeschichtung; L2, L3, L5 in Bild 1A
BK7 Plankonvexe Linse	OptSigma	SLB-25.4-100PIR2	Brennweite: 100 mm; IR-Antireflexbeschichtung; L4 in Abbildung 1A
BK7 Plankonvexe Linse	OptSigma	SLB-25.4-200PIR2	Brennweite: 200 mm; IR-Antireflexbeschichtung; L7 in Abbildung 1A
Breitband-Dielektrikumspiegel	OptSigma	TFMS-25.4C05-2/7	M22-M25, M28, M29 in Abbildung 1A
Breitband-Dielektrikumspiegel	Präzisionsphotonik (Advanced Thin Films)	-	M26, M27, M30-M32 in Abbildung 1A
Breitband-Halbwellenplatte	CryLight-HWP3		in Abbildung 1A
Farbglasfilter	HOYA	IR85	F1 in Abbildung 1A
Farbglasfilter	HOYA	RM100	F2 in Abbildung 1A
Farbglasfilter	Schott	BG39	F3 in Abbildung 1A
Computer	Dell	Vostro 200 Mini Tower	Betriebssystem: Windows XP
Cyclohexan	Kanto Kagaku	07547-1B	HPLC-Qualität
Datenanalysesoftware Wavemetrics		Igor Pro 8
Dielektrischer Strahlteiler		LAYERTEC-Reflexion	: Transmission = 2 : 1; BS1 in Abbildung 1A
Dielektrischer Strahlteiler	LAYERTEC-Reflexion		: Transmission = 1 : 1; BS2, BS3 in Abbildung 1A
Dielektrischer Spiegel	Präzisionsphotonik (Advanced Thin Films)	-	M1-M8 in Abbildung 1A
Digitales Oszilloskop	Tektronix	TDS3054B	500 MHz, 5 GS/s
Elastomerröhre		-	Abbildung
1E Femtosekunden-Ti:Saphir-Oszillator	Kohärenter	Vitesse 800-2	Wellenlänge: 800 nm, Pulsdauer: 100 fs, mittlere Leistung: 280 mW, Wiederholrate: 80 MHz; enthalten in Ti:S in Abbildung 1A
Femtosekunden Ti:Saphir Regenerativer Verstärker	Coherent	Legend-Elite-F-HE	Wellenlänge: 800 nm, Pulsdauer: 100 fs, Pulsenergie: 3,5 mJ, Wiederholrate: 1 kHz; enthalten in Ti:S in Abbildung 1A
Filmpolarisator	OptSigma	SPFN-30C-26	P1 in Abbildung 1A
Glan-Taylor-Prisma	OptSigma	GYPB-10-10SN-3/7	P2 in Abbildung 1A
Gold Mirror	OptSigma	TFG-25C05-10	M9-M21 in Abbildung 1A
Halbwellenplatte	OptSigma	WPQ-7800-2M	HWP1 in Abbildung 1A
Harmonischer Separator	Coherent	TOPAS-C HRs 410-540 nm	HS in Abbildung 1A
InGaAs-Array-Detektor	Horiba	Symphony-IGA-512X1-50-1700-1LS	512 Kanäle, Flüssigstickstoffgekühlt
InGaAs PIN Photodiode	Hamamatsu Photonics	G10899-01K
IR-Halbwellenplatte	OptiSource-HWP2		in Abbildung 1A
Iris	Suruga Seiki	F74-3N	Es werden auch gleichwertige Produkte verwendet; I1-I17 in Bild 1A
Objektivhalter	OptSigma	LHF-25.4S	Es werden auch gleichwertige Produkte verwendet; für L1-L10 in Bild 1A
Magnetzahnradpumpe	Mikropumpe	184-415
Spiegelhalterung	Siskiyou	IM100. C2M6R	Entsprechende Produkte werden ebenfalls verwendet: für M1-M32, BS1-BS3, BBO, CM in Abbildung 1A
Nah-IR-Phosphorkarte	Thorlabs	VRC2
Mutter		-	Abbildung 1E, M4; im Baumarkt gekauft
Optischer Chopper	Neuer Focus	3501	OC in Abbildung 1A
Optischer parametrischer Verstärker	Kohärent	OPerA-F	OPA1 in Abbildung 1A
Optischer parametrischer Verstärker	Coherent	TOPAS-C	OPA2 in Abbildung 1A
Polarisatorhalter	OptSigma	PH-30-ARS	Entsprechende Produkte werden ebenfalls verwendet; für P1-P2 und HWP1-3 In Abbildung 1A
Polyfluoracetat-Röhre		-	Abbildung 1E
Pfostenhalter	OptSigma	BRS-12-80	Es werden auch Produkte verwendet, die diesem entsprechen; für M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM und FC in Abbildung 1A
Quarz-Durchflusszelle	Tosoh Quarz	T-70-UV-2	FC in Abbildung 1A
Quarz Plankonkave Linse	OptSigma	SLSQ-25-50N	Brennweite: 50 mm; L8 in Abbildung 1A
Quarz-Plankonvex-Linse	OptSigma	SLSQ-25-100P	Brennweite: 100 mm; L1, L9 in Abbildung 1A
Quarz-Plankonvex-Linse	OptSigma	SLSQ-25-220P	Brennweite: 220 mm; L10 in Abbildung 1A
Saphirplatte	Pfeileroptik	-	3 mm dick; SP in Abbildung 1A
Si PIN Photodiode	Hamamatsu Photonics	S3883
Einzelspektrograf	Horiba Jobin Yvon	iHR320	Brennweite: 32 cm
Edelstahlstab	Suruga Seiki	A41-100	Entsprechende Produkte werden ebenfalls verwendet; für M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM und FC in Abbildung 1A
Edelstahlstab	Newport	J-SP-2	Abbildung 1E
Toluol	Kanto Kagaku	40180-1B	in HPLC-Qualität
	-		Abbildung 1E; im Baumarkt gekauft
Variabler Graufilter (mit Halter)	OptSigma	NDHN-100	VND1 in Abbildung 1A
Variabler Graufilter (mit Halter)	OptSigma	NDHN-U100	VND2 in Abbildung 1A
Visuelle Programmiersprache	National Instruments	LabVIEW 2009	Die Steuerungssoftware in dieser Studie ist programmiert in LabVIEW 2009
Volumengitter-Bandpassfilter	OptiGrate	BPF-1190	BPF in Abbildung 1A
β-Carotin	Wako Pure Chemical Industries	035-05531

U-förmige Stahlplatte