Mesures Raman ultrarapides résolues par le temps

Les détails de la génération et de l’optimisation du signal, de la mesure, de l’acquisition de données et de la gestion des données pour un spectromètre Raman quasi-IR stimulé par le temps de femtoseconde sont décrits. Une étude Raman stimulée par l’infrarouge proche sur la dynamique de l’état excité de l’o-carotène dans le toluène est présentée comme une application représentative.

Notre protocole est particulièrement puissant pour examiner la structure et la dynamique des molécules conjuguées au pi au stade initial des réactions chimiques et biochimiques. Cette technique a une sensibilité un peu plus élevée et rend le temps de mesure plus court que la spectroscopie raman spontanée résolue dans le temps conventionnel dans le proche infrarouge avec des détecteurs disponibles aujourd’hui. Pour commencer, complétez la configuration optique comme indiqué ici.

Tout d’abord, aligner le faisceau laser. Avec le laser saphir de titane allumé et réchauffé, placez une carte de visite derrière l’iris deux pour agir comme un écran. Ajustez le miroir un jusqu’à ce que le faisceau passe à travers le centre de l’iris.

Ensuite, ajustez le miroir deux jusqu’à ce que le faisceau laser passe à travers le centre de l’iris deux. Une fois aligné, confirmer que le faisceau passe à travers les centres de l’iris un et l’iris deux simultanément. Avec le laser correctement aligné, commencer à aligner la ligne de retard optique.

Tout d’abord, déplacez la scène vers le miroir deux aussi loin qu’elle peut aller en utilisant le bouton de direction du contrôleur de scène. Ensuite, ajustez le miroir un jusqu’à ce que le faisceau passe par le centre de l’iris un. Ensuite, déplacez la scène aussi loin qu’elle peut aller du miroir deux.

Ajustez le miroir deux jusqu’à ce que le faisceau passe par le centre de l’iris un. Maintenant, déplacez la scène aussi près que possible de l’entrée du faisceau et confirmez que le faisceau passe toujours par le centre de l’iris un. Ensuite, retirez l’iris un de la position du miroir trois et placez les miroirs trois et quatre sur la ligne de retard optique.

Ajustez les miroirs trois et quatre jusqu’à ce que le faisceau passe à travers le centre de l’iris deux. Avec le filtre de densité neutre variable dans le chemin de faisceau incident, placez une carte de visite derrière la plaque de saphir comme écran. Tournez le filtre pour augmenter progressivement la puissance du faisceau transmis jusqu’à ce qu’une tache blanche jaune soit observée sur l’écran.

Ensuite, tournez le filtre plus loin dans la même direction très soigneusement jusqu’à ce qu’un anneau violet entoure la tache blanche jaune sur l’écran. Ensuite, pour aligner le faisceau de pompe Raman, placez le filtre bandpass réfléchissant de classement de volume dans la trajectoire de faisceau de sortie de l’amplificateur paramétrique optique. Ajustez le filtre bandpass et le miroir 17 à l’aide d’une carte de capteur proche de l’IR afin d’observer l’endroit du faisceau.

Pour commencer à optimiser le spectre de la sonde, exécutez des mesures continues et maximisez le nombre de détecteurs sur l’écran. Pour ce faire, tournez graduellement la demi-plaque d’onde une. Ensuite, augmentez graduellement l’intensité de l’impulsion incidente en tournant le filtre optique variable de densité un.

Faites-le jusqu’à ce que le nombre maximal et minimal de détecteurs atteigne environ 30 000 et 4 000 respectivement. Si un grand motif oscillatoire commence à être observé, faites pivoter le filtre de densité optique variable dans la direction opposée jusqu’à ce que le motif disparaisse. Pour les superposés spatiaux, placez l’hélico optique dans le chemin de faisceau de la pompe Raman.

Ensuite, placez une carte de capteur proche de l’IR à la position de l’échantillon. Ajustez la direction du faisceau de pompe Raman en ajustant le miroir 21 jusqu’à ce que les taches de la pompe Raman et des faisceaux de sonde se chevauchent complètement les unes avec les autres. Pour mettre en place pour le chevauchement temporel, placez une photodiode d’épingle d’arséides d’arsérium d’indium à la position d’échantillon où la pompe raman et les faisceaux de sonde se chevauchent spatialement les uns avec les autres.

Ensuite, connectez la sortie du signal de la photodiode à un oscilloscope numérique de 500 mégahertz de cinq gigas par seconde afin de surveiller quand la pompe Raman et les impulsions de sonde arrivent à la même position. Réglez l’échelle horizontale de l’oscilloscope à une nanoseconde par division et lisez l’heure de pointe de l’intensité du signal pour la pompe Raman et les impulsions de sonde bloquant l’autre impulsion. Fixez les tubes d’entrée et de sortie de la pompe à engrenage magnétique à une bouteille contenant 30 millilitres de cyclohexane et commencez à couler du cyclohexane tel que décrit dans le protocole textuel.

Exécutez des mesures continues et vérifiez si les bandes de cyclohexane Raman stimulées sont observées dans l’écran. La bande la plus forte de cyclohexane apparaît aux 55e à 58e pixels lorsque la longueur d’onde centrale est réglée à 1 410 nanomètres. Une fois que les bandes Raman stimulées sont détectées, maximisez les intensités de bande dans l’affichage.

Accomplissez ceci en réajustant itérativement le miroir 21, la phase de rotation de l’hélico optique, et la position de la ligne optique de retard deux. Exécutez une seule mesure et enregistrez le spectre sous forme de fichier texte. Ensuite, retirez le toluène du réservoir et fixez les tubes d’entrée/sortie de la pompe à engrenage magnétique à une bouteille contenant 25 millilitres d’une solution de toluène avec 1X fois 10 à quatre grains de beauté négatifs par litre de bêta-carotène.

Ensuite, commencez à couler la solution de l’échantillon. Ensuite, placez l’hélico optique dans le chemin du faisceau de pompe actinique. Déplacez la décharge de faisceau du chemin du faisceau de pompe actinique à celui du faisceau de pompe de Raman.

Ensuite, chevauchez spatialement les faisceaux de pompe actinique et de sonde à la position de l’échantillon à l’aide d’une carte de visite au lieu de la carte de capteur proche de l’IR. Exécutez des mesures continues et vérifiez si l’absorption transitoire du bêta-carotène est observée dans l’écran. La bande d’absorption apparaît avec une forme diminuant monotoniquement vers des longueurs d’onde plus longues ou avec deux maxima autour des pixels zéro et 511e.

Maximisez l’intensité d’absorption en réajustant le miroir 32 une fois que la bande d’absorption transitoire est détectée. Arrêtez les mesures continues, puis diminuez la position de la ligne de retard optique une jusqu’à ce que l’absorption transitoire disparaisse complètement. Placez l’hélico optique dans le chemin de faisceau de la pompe Raman et retirez la décharge de faisceau de la trajectoire du faisceau de pompe Raman.

Ensuite, exécutez une expérience résolue dans le temps telle que décrite dans le protocole texte sélectionnant l’étape SK à partir du menu dropdown. Entrez dans la position de départ de la plage A pour être plus petit d’environ 50 microns par rapport à la position où le signal d’absorption transitoire a disparu à la suite de la mesure des spectres d’absorption résolus dans le temps. Femtoseconde temps résolu près-IR stimulé spectroscopie Raman a été appliquée à la solution bêta-carotène et toluène.

Les spectres du bêta-carotène et du toluène sont représentés ici. Les spectres bruts contenaient de solides bandes Raman du toluène solvant et une faible bande raman de bêta-carotène dans l’état du sol ainsi que des bandes Raman de bêta-carotène photoexcité. Montré ici sont les mêmes spectres, mais soustrait en utilisant le spectre raman stimulé de la même solution à une picoseconde avant la photoexcitation.

Les spectres après la soustraction ont montré des lignes de base déformées qui sont causées par l’absorption du bêta-carotène photoexcité et/ou d’autres processus optiques non ligneux. Les lignes de base sont devenues plates après qu’elles aient été corrigées avec des fonctions polynomiales. Dans ce chiffre, les spectres raman stimulés par le temps du bêta-carotène ont montré deux bandes fortes dans la région de 1 400 à 1 800 centimètres inverses.

Une large bande raman stimulée à zéro picosecondes a été assignée à la vibration d’étirement double liaison C en phase C du bêta-carotène S2. Sa position de pointe a été estimée à 1556 centimètres inverses. La bande extensible en phase C double liaison C du bêta-carotène S1 est apparue alors que la bande d’étirement S2 C double liaison C se désintégrait.

La position de pointe de la bande d’étirement S1 C double liaison C a été augmentée de huit centimètres inverses de 0,12 à cinq picosecondes. Il est important d’essayer d’ajuster la direction du faisceau de pompe Raman encore et encore jusqu’à ce que les taches de la pompe Raman et les faisceaux de sonde se chevauchent complètement les uns avec les autres pour trouver les bandes raman stimulées de cyclohexane. Cette procédure peut être immédiatement utilisée pour d’autres expériences femtoseconde résolues dans le temps afin d’examiner plus en profondeur la dynamique de réaction chimique.

Cette procédure permettra de répondre à de nouvelles questions alors que les chercheurs explorent la chimie des molécules conjuguées au pi. Lors de l’exécution de cette procédure, n’oubliez pas de mettre des lunettes de sécurité pour protéger vos yeux de la lumière laser forte. Cela inclut la lumière de dispersion.