フェムト秒時間分解型ラマン分析計に対する信号生成と最適化、測定、データ収集、データ処理の詳細について説明します。トルエン中のβ-カロテンの励起状態ダイナミクスに関する近赤外線刺激ラマン研究が代表的な用途として示されている。
このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。 または、無料トライアルをお申し込みください。
方法論記事
* These authors contributed equally
フェムト秒時間分解型ラマン分析計に対する信号生成と最適化、測定、データ収集、データ処理の詳細について説明します。トルエン中のβ-カロテンの励起状態ダイナミクスに関する近赤外線刺激ラマン研究が代表的な用途として示されている。
フェムト秒時間分解刺激ラマン分光法は、近赤外線(近赤外線)遷移を伴う短命過渡現象の構造ダイナミクスを観察する有望な方法であり、近赤外線領域におけるラマン自然分光計の感度が低い場合に克服できる。ここでは、最近開発したラマン分析計を刺激したフェムト秒時間分解近倍法の技術的詳細について説明する。信号の生成と最適化、測定、データ取得、および記録されたデータの校正と補正の説明も提供されます。我々は、トルエン溶液中のβ-カロテンの励起状態ダイナミクスを分析するための分光計の応用を提示する。第2低励起シングル(S2)状態のβ-カロテンのC=Cストレッチバンドと最も低い励起シングル(S1)状態は、記録された時間分解刺激ラマンスペクトルにおいて明らかに観察される。フェムト秒の時間分解近IR刺激ラマン分光計は、単純な分子から複雑な材料までのπ共役系の構造ダイナミクスに適用可能である。
ラマン分光法は、単純なガス、液体、固体から機能性材料や生物学的システムまで、多種多様なサンプル中の分子の構造を調査するための強力で汎用性の高いツールです。励起光の光子エネルギーが分子の電子遷移エネルギーと一致すると、ラマン散乱が顕著に増強される。共鳴ラマン効果により、多くの分子で構成されるサンプルで、種のラマンスペクトルを選択的に観察することができます。近IR電子遷移は、大きなπ共役構造を有する分子の励起状態ダイナミクスを調査するためのプローブとして注目を集めています。最も低い励起一重項状態のエネルギーおよび寿命は、長い一次元ポリエン鎖1、2、3を有するいくつかのカロテノイドについて決定された。中性および荷電性励起のダイナミクスは、フィルム4、5、6、7、ナノ粒子8、および溶液9、10、11における様々な光導電性ポリマーについて広範囲に調査されている。時間分解近IRラマン分光法がこれらのシステムに適用されれば、過渡現象の構造に関する詳細な情報が得られる。しかし、IRラマンに近い分光器の感度が極めて低いため、IRラマンに近いラマン分光法12、13、14、15、16に関する研究が報告されているのはごくわずかです。感度が低いのは、主に近IRラマン散乱の低確率に由来します。ラマン散乱の確率はωiωs3に比例し、ωiとωsはそれぞれ励起光とラマン散乱光の周波数です。さらに、市販の近IR検出器は、UVおよび可視領域で機能するCCD検出器よりもはるかに低い感度を有する。
フェムト秒時間分解刺激ラマン分光法は、レーザーパルス17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28の明らかなフーリエ変換限界を超えてラマン活性振動バンドの時間依存的変化を観察する新しい方法として登場しました 、29,30,31,32,33.刺激されたラマン散乱は2つのレーザーパルスの照射によって発生する:ラマンポンプおよびプローブパルス。ここでは、ラマンポンプパルスがプローブパルスよりも大きな周波数を有すると仮定する。ラマンポンプとプローブパルスの周波数の違いがラマン活性分子振動の周波数と一致すると、照射された体積の多数の分子に対して振動が一貫して励起されます。コヒーレントな分子振動によって誘起される非線形偏光は、プローブパルスの電界を増強する。刺激されたラマン散乱は時間解決された近IR自然ラマン分光器の感受性の問題を解決することができるので、この技術は、近IRラマン分光法のために特に強力である。刺激されたラマン散乱は、プローブパルスの強度変化として検出される。近IR検出器が低感度であっても、プローブ強度が十分に高くなると刺激されたラマン散乱が検出されます。刺激されたラマン散乱の確率は、ωRPω Ω Ω ΩSRSに比例し、ωRPと ωSRSはラマンポンプパルスと刺激ラマン散乱の周波数をそれぞれ20にする。刺激されたラマン散乱の周波数、ωRPおよびωSRSは、それぞれ自発的ラマン散乱のωiおよびωsと同等である。我々は最近、π共役系2、3、7、10で光生成された短時間の遷移の構造およびダイナミクスを調査するために刺激されたラマン散乱を用いて、フェムト秒の時間分解近IRラマン分光計を開発した。この記事では、フェムト秒の時間分解近 IR マルチプレックス刺激ラマン分光計の技術的詳細を紹介します。光学的アライメント、時間分解刺激ラマンスペクトルの取得、および記録されたスペクトルのキャリブレーションおよび補正が記載されている。トルエン溶液中のβ-カロテンの励起状態ダイナミクスを、分光計の代表的な用途として研究する。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
1. 電気機器の起動
2. 分光器の光学的アライメント
3. ソフトウェアの操作
4. プローブスペクトルの最適化
5. 静止刺激ラマンスペクトルの測定
6. 時間分解吸収スペクトルの測定
7. 時間分解刺激ラマンスペクトルの測定
8. ラマンシフト校正
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
フェムト秒時間分解近IR刺激ラマン分光法をトルエン溶液中のβカロテンに適用した。試料の濃度は1 x10-4モルdm-3であった。サンプルを、パルスエネルギー1μJで480nmのアクチニックポンプパルスで励励した。トルエン中のβ-カロテンの時間分解刺激ラマンスペクトルを図2Aに示す。生スペクトルには、溶媒トルエンの強いラマンバンドと、地上状態のβカロテンの弱いラマンバンドと、写真励起βカロテンのラマンバンドが含まれていました。それらは、光励起の前に1psで同じ溶液の刺激されたラマンスペクトルを使用して減算した。減算後のスペクトル(図2B)は、光励起β-カロテンおよび/またはその他の非線形光学プロセスの吸収によって引き起こされる歪んだベースラインを示した。多項式関数で補正した後、ベースラインは平坦になりました (図 2C)。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
フェムト秒時間分解ニアIR多重刺激の重要な因子ラマン測定
高い信号対ノイズ比で時間分解された近IR刺激ラマンスペクトルを得るためには、プローブスペクトルは理想的には全波長範囲で均一な強度を有するべきである。したがって、白色光連続体(セクション2.5)は、時間分解近IR刺激ラマン実験の最も重要な部分の1つである。一般に、プローブスペクトルは、入射ビームの強度が増加するにつれて広く平坦になります。しかし、高いビーム強度は、白色光連続体生成以外の望ましくない非線形光学効果を容易に生み出します。最悪のシナリオでは、非線形効果は、大きな強度の変動と振動パターンを持つプローブスペクトルを提供し、刺激されたラマンスペクトルの信号対ノイズ比を大幅に低下させます。図 2C は、振動パターンがスペクトルに与える影響を示しています。これは、-0.30から4 psまでの振動パターンを示していますが、白色光の生成が慎重に最適化されるように、パターンは1 x10-4のピークからピークの振幅で弱くしか見えない。プローブスペクトルに対する別の望まし...
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
著者たちは開示するものは何もない。
この研究は、JSPS KAKENHI助成金番号JP24750023、JP24350012、文部科学花角ひ交助成金番号JP26104534、JP16H00850、JP26102541、JP16H00782、および文部科学大学の戦略研究財団のためのプログラム、2019年11月201日
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 図 | 1AのM22、L9、CMの場合 | ||
| の20cm光遅延材 | OptSigma | SGSP26-200 | ODL1 |
| 3軸並進ステージ | OptSigma | TSD-405SL | L8の場合、図1A |
| 3軸並進ステージ | 駿河精機 | 機のB72-40C | FCの場合図1A |
| 5cm光遅延線 | PMT | HRS-0050 | ODL2 図1A |
| Al凹面鏡 | Thorlabs | CM254-050-G01 | 焦点距離:50 mm;図1A |
| のベースプレート | 駿河精機 | A21-6 | と同等の製品も使用されます。図1AのM1-M32、BS1-BS3、L1-L10、I1-I17、P1-P2、HWP1-3、F1-F3、VND1-VND2、OC、BPF、HS、BBO、SP、CM、および図1A |
| BBO水晶 | EKSMA光学 | -タイプ1、&θ=23.2°C;図1AのBBO | |
| BK7平凹レンズ | OptSigma | SLB-25.4-50NIR2 | 焦点距離:50 mm;IR反射防止コーティング。図1AのL6BK7 |
| 平凸レンズ | OptSigma | SLB-25.4-150PIR2 | 焦点距離:150 mm;IR反射防止コーティング。図1AのL2、L3、L5 |
| BK7平凸レンズ | OptSigma | SLB-25.4-100PIR2 | 焦点距離:100 mm;IR反射防止コーティング。図1AのL4BK7 |
| 平凸レンズ | OptSigma | SLB-25.4-200PIR2 | 焦点距離:200 mm;IR反射防止コーティング。図1AのL7 |
| 帯域誘電体 | ミラーOptSigma | TFMS-25.4C05-2/7 | M22-M25、M28、図1AのM28、M29 |
| 帯域誘電体ミラー | 精密フォトニクス(先進薄膜) | - | M26、M27、M30-M32 図1A |
| 広帯域半波長板 | CryLight-HWP3 | ||
| 1A | |||
| のカラーガラスフィルターHOYA IR85 F1カラーガラスフィルター | HOYA | RM100 | F2 図1A |
| カラーガラスフィルター | ショット | BG39 | F3 図1A |
| のコンピュータ | Dell | Vostro 200 ミニタワー | OS:Windows XP |
| シクロヘキサン | 関東化学 | 07547-1B | HPLCグレード |
| データ解析ソフト | Wavemetrics | Igor Pro 8 | |
| 誘電体ビームスプリッター | LAYERTEC- | リフレクション:透過= 2:1;図1A | |
| 誘電体ビームスプリ | ッターLAYERTEC- | 反射:透過= 1:1;図1AのBS2、BS3 | |
| 電体ミラー | 精密フォトニクス (高度な薄膜) | - | 図1A |
| デジタルオシロスコープ | Tektronix | TDS3054B 500 MHz、5 GS / s | |
| エラストマーチューブ | - | 図1E | |
| フェムト秒Ti:サファイア発振器 | コヒーレント | Vitesse 800-2 | 波長:800 nm、パルス幅:100 fs、平均出力:280 mW、繰り返し周波数:80 MHz;図1AのTi:Sに含まれる |
| フェムト秒 Ti:sapphire 再生増幅器 | Coherent | Legend-Elite-F-HE | 波長:800 nm、パルス幅:100 fs、パルスエネルギー:3.5 mJ、繰り返し周波数:1 kHz、図1AのTi:Sに含まれる、図1A |
| のフィルム偏光子 | OptSigma | SPFN-30C-26 | P1 |
| グランテイラープリズム | OptSigma | GYPB-10-10SN-3/7 | P2、図1A |
| のゴールドミラー | OptSigma | TFG-25C05-10 | M9-M21 図1A |
| の半波長板 | OptSigma | WPQ-7800-2M | HWP1 図1A |
| の高調波セパレーター | コヒーレント | TOPAS-C HRs 410-540 nm | HS 図1A |
| InGaAsアレイ検出器 | 堀場 | シンフォニー-IGA-512X1-50-1700-1LS | 512 ch、液体窒素冷却 |
| InGaAs PINフォトダイオード | 浜松ホトニクス | 図1AのG10899-01K | |
| IR半波長板 | OptiSource-HWP2 | ||
| リス | 駿河精機 | F74-3N | と同等の製品も使用されます。図1AのI1-I17 |
| レンズホルダー | OptSigma | LHF-25.4S | これに準ずる製品、図1AのL1-L10には |
| マグネティックギアポンプ | マイクロポンプ | 184-415 | |
| ミラーマウント | シスキユー | IM100 も使用しています。図 | 1のM1-M32、BS1-BS3、BBO、CMの場合 |
| 赤外蛍光体カード | Thorlabs | VRC2 | |
| ナット | -- | 図1E、M4、DIYショップから購入 | |
| 図 | 1A | New Focus | 3501 |
| 図1A | |||
| 図1Aの光パラメトリック増幅器 | コヒーレント | TOPAS-C | OPA2 |
| 光子ホルダー | OptSigma | PH-30-ARS | に準ずる製品も使用しています。図1AのP1-P2、HWP1-3 ポリ |
| フルオロ酢酸チューブ | 1E | ||
| ポストホルダー | OptSigma | BRS-12-80 | これに準ずる製品も使用されます。図1AのM1-M32、BS1-BS3、L1-L10、I1-I17、P1-P2、HWP1-3、F1-F3、VND1-VND2、OC、BPF、HS、BBO、SP、CM、およびFCの場合 図1A |
| ォー | 東ソークォーツ | T-70-UV-2 | FC 図1A |
| クォーツ平凹レンズ | OptSigma | SLSQ-25-50N | 焦点距離:50 mm;図1A |
| クォーツ平凸レンズ | OptSigma | SLSQ-25-100P | 焦点距離:100 mm;図1A |
| クォーツ平凸レンズ | OptSigma | SLSQ-25-220P | 焦点距離:220 mm;図1A |
| サファイアプレート | 桟橋光学系 | の | 厚さ3mm。図1AのSP |
| Si PINフォトダイオード | 浜松ホトニクス | S3883 | |
| 単分光器 | 堀場 ジョビン イヴォン | iHR320 | 焦点距離:32cm |
| ステンレスロッド | 駿河精機 | A41-100 | これに準ずる製品も使用 図1AのM1-M32、BS1-BS3、L1-L10、I1-I17、P1-P2、HWP1-3、F1-F3、VND1-VND2、OC、BPF、HS、BBO、SP、CM、FCに対応 |
| ニューポート | J-SP-2 | 図1E | |
| トルエン | 関東化学 | 40180-1B | HPLC級 |
| U字型鋼板 | 図1E DIYショップで購入 | ||
| 可変NDHN-100 | VND1 図1A | NDHN-100 | |
| NDHN-U100 | VND2 | ||
| ビジュアルプログラミング言語 | National Instruments | LabVIEW 2009 | この研究の制御ソフトウェアは、LabVIEW 2009 |
| Volume-Grating Bandpass Filter | OptiGrate | BPF-1190 | BPF in Figure 1A |
| β-Carotene | Wako Pure Chemical Industries | 035-05531 |
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。