Ultrafast Time-resolved Near-IR Stimulated Raman Measurements of Functional .

Il nostro protocollo è particolarmente potente per esaminare la struttura e la dinamica delle molecole pi-coniugate nella fase iniziale delle reazioni chimiche e biochimiche. Questa tecnica ha una sensibilità leggermente più elevata e rende il tempo di misurazione più breve rispetto alla spettroscopia Raman spontanea risolta nel tempo convenzionale nel vicino infrarosso con rivelatori disponibili oggi. Per iniziare, completare la configurazione ottica come mostrato qui.

In primo luogo, allineare il raggio laser. Con il laser in zaffiro di titanio acceso e riscaldato, posiziona un biglietto da visita dietro iris due per fungere da schermo. Regolare lo specchio uno fino a quando il fascio passa attraverso il centro del diaframma.

Quindi, regolare lo specchio due fino a quando il raggio laser passa attraverso il centro dell'iride due. Una volta allineato, confermare che la trave passa attraverso i centri di iris uno e iris due contemporaneamente. Con il laser correttamente allineato, iniziare ad allineare la linea di ritardo ottico.

In primo luogo, spostare lo stadio verso lo specchio due per quanto può andare usando il pulsante di direzione del controller di scena. Quindi, regolare lo specchio uno fino a quando la trave passa attraverso il centro di quello del diaframma. Quindi, sposta il palco il più lontano possibile dallo specchio due.

Regolare lo specchio due fino a quando il fascio passa attraverso il centro del diaframma uno. Ora, spostare il palco il più vicino possibile all'ingresso del fascio e confermare che il fascio passa ancora attraverso il centro di quello del diaframma. Quindi, rimuovere il diaframma uno dalla posizione dello specchio tre e posizionare gli specchi tre e quattro sulla linea di ritardo ottica.

Regolare gli specchi tre e quattro fino a quando la trave passa attraverso il centro del diaframma due. Con il filtro a densità neutra variabile nel percorso del fascio incidente, posizionare un biglietto da visita dietro la piastra di zaffiro come schermo. Ruotare il filtro per aumentare gradualmente la potenza del fascio trasmesso fino a quando non si osserva una macchia bianca gialla sullo schermo.

Quindi, ruotare ulteriormente il filtro nella stessa direzione con molta attenzione fino a quando un anello viola circonda la macchia bianca gialla sullo schermo. Successivamente, per allineare il fascio della pompa Raman, posizionare il filtro passa banda riflettente di classificazione del volume nel percorso del fascio di uscita dell'amplificatore parametrico ottico. Regolare il filtro passa banda e lo specchio 17 utilizzando una scheda sensore near-IR per osservare il punto del fascio.

Per iniziare a ottimizzare lo spettro della sonda, eseguire misurazioni continue e massimizzare il numero di rilevatori sul display. Per raggiungere questo obiettivo, ruotare gradualmente la piastra a mezza onda uno. Quindi, aumentare gradualmente l'intensità dell'impulso incidente ruotando il filtro a densità ottica variabile uno.

Fallo fino a quando il numero massimo e minimo di rilevatori raggiunge rispettivamente circa 30.000 e 4.000. Se si inizia a osservare un grande modello oscillatorio, ruotare il filtro a densità ottica variabile nella direzione opposta fino a quando il modello scompare. Per impostare la sovrapposizione spaziale, posizionare l'elicottero ottico nel percorso del fascio della pompa Raman.

Quindi, posizionare una scheda sensore near-IR nella posizione del campione. Regolare la direzione del fascio della pompa Raman regolando lo specchio 21 fino a quando i punti della pompa Raman e i fasci della sonda si sovrappongono completamente l'uno all'altro. Per impostare la sovrapposizione temporale, posizionare un fotodiodo di perno di arseniuro di gallio indioso nella posizione del campione in cui la pompa Raman e i fasci della sonda si sovrappongono spazialmente l'uno all'altro.

Successivamente, collegare l'uscita del segnale del fotodiodo a un oscilloscopio digitale da 500 megahertz da cinque giga al secondo per monitorare quando la pompa Raman e gli impulsi della sonda arrivano nella stessa posizione. Impostare la scala orizzontale dell'oscilloscopio in modo che sia di un nanosecondo per divisione e leggere il tempo di picco dell'intensità del segnale per la pompa Raman e gli impulsi della sonda che bloccano l'altro impulso. Attaccare i tubi di ingresso e di uscita della pompa a ingranaggi magnetici ad una bottiglia contenente 30 millilitri di cicloesano e iniziare a fluire cicloesano come descritto nel protocollo di testo.

Eseguire misurazioni continue e verificare se le bande Raman stimolate di cicloesano sono osservate nel display. La banda più forte di cicloesano appare tra il 55° e il 58 ° pixel quando la lunghezza d'onda centrale è impostata a 1.410 nanometri. Una volta rilevate le bande Raman stimolate, massimizzare le intensità della banda nel display.

A tal fine, riadattando iterativamente lo specchio 21, la fase rotazionale dell'elicottero ottico e la posizione della linea di ritardo ottica due. Eseguire una singola misurazione e salvare lo spettro come file di testo. Quindi, rimuovere il toluene dal serbatoio e attaccare i tubi di ingresso / uscita della pompa dell'ingranaggio magnetico a una bottiglia contenente 25 millilitri di una soluzione di toluene con 1X per 10 alle quattro talpe negative per litro di beta-carotene.

Quindi, inizia a scorrere la soluzione di esempio. Quindi, posizionare l'elicottero ottico nel percorso del fascio della pompa actinica. Spostare la discarica del fascio dal percorso del fascio della pompa actinica a quello del fascio della pompa Raman.

Quindi, sovrapporre spazialmente la pompa actinica e i fasci della sonda nella posizione del campione utilizzando un biglietto da visita anziché la scheda sensore near-IR. Eseguire misurazioni continue e verificare se l'assorbimento transitorio del beta-carotene è osservato nel display. La banda di assorbimento appare con una forma che diminuisce monotonamente verso lunghezze d'onda più lunghe o con due massimi intorno allo zero e 511 ° pixel.

Massimizzare l'intensità di assorbimento riadattando lo specchio 32 una volta rilevata la banda di assorbimento transitoria. Interrompere le misurazioni continue e quindi diminuire la posizione della linea di ritardo ottica uno fino a quando l'assorbimento transitorio scompare completamente. Posizionare l'elicottero ottico nel percorso del fascio della pompa Raman e rimuovere la discarica del fascio dal percorso del fascio della pompa Raman.

Eseguire quindi un esperimento risolto nel tempo, come descritto nel protocollo di testo selezionando la fase SK dal menu a discesa. Immettere la posizione iniziale dell'intervallo A per essere più piccola di circa 50 micron rispetto alla posizione in cui il segnale di assorbimento transitorio è scomparso in seguito alla misurazione degli spettri di assorbimento risolti nel tempo. La spettroscopia Raman stimolata quasi IR con risoluzione del tempo del femtosecondo è stata applicata alla soluzione di beta-carotene e toluene.

Gli spettri di beta-carotene e toluene sono mostrati qui. Gli spettri grezzi contenevano forti bande Raman del toluene solvente e una debole banda Raman di beta-carotene allo stato del suolo così come bande Raman di beta-carotene fotoecitato. Qui sono mostrati gli stessi spettri ma sottratti usando lo spettro Raman stimolato della stessa soluzione ad un picosecondo prima della fotoecitazione.

Gli spettri dopo la sottrazione mostravano linee di base distorte causate dall'assorbimento del beta-carotene fotoecitato e/o di altri processi ottici non lineari. Le linee di base divennero piatte dopo essere state corrette con funzioni polinomiali. In questa figura, gli spettri Raman stimolati nel tempo del beta-carotene mostravano due bande forti nella regione di 1.400-1.800 centimetri inversi.

Un'ampia banda Raman stimolata a zero picosecondi è stata assegnata alla vibrazione di stiramento C a doppio legame C in fase del beta-carotene S2. La sua posizione di picco è stata stimata in 1.556 centimetri inversi. La banda elastica C a doppio legame in fase di S1 beta-carotene è apparsa come la banda elastica C a doppio legame S2 C decaduta.

La posizione di picco della banda elastica C a doppio legame S1 C è stata rialzata di otto centimetri inversi da 0,12 a cinque picosecondi. È importante cercare di regolare la direzione del fascio della pompa Raman ancora e ancora fino a quando le macchie della pompa Raman e dei fasci della sonda si sovrappongono completamente l'una all'altra per trovare le bande Raman stimolate di cicloesano. Questa procedura può essere immediatamente utilizzata per altri esperimenti risolti nel tempo del femtosecondo al fine di esaminare più a fondo la dinamica della reazione chimica.

Questa procedura consentirà di rispondere a nuove domande mentre i ricercatori esplorano la chimica delle molecole pi-coniugate. Durante l'esecuzione di questa procedura, non dimenticare di indossare occhiali di sicurezza per proteggere gli occhi da una forte luce laser. Ciò include la luce a dispersione.