金属有機フレームワークの分光測定を行うための技術ガイド

多くの場合、光が金属有機フレームワーク(MOF)とどのように相互作用するかを測定することは、それらの高度に散乱する性質にとって困難です。このプロトコルは、非常に洞察に満ちた分光技術のために測定可能なサンプルを準備するためのシンプルで効果的なガイドです。この手順は、ポリマーで安定化されたコロイド半導体を使用する以前のシステムに大まかに基づいています。

そのため、材料の懸濁を必要とするさまざまなシステムに適用できます。この手順の最大の問題は、MOF の種類に調整する必要があることです。最善の方法は、MOF のこのプロシージャの変数を体系的にスクリーニングすることです。

ビスアミノ末端ポリエチレングリコールまたはアミノ化PEGを含むフリーベースPCN 222の懸濁液を適切な溶媒中で調製することから始めます。チップ超音波処理器を使用して、2秒オンと2秒オフ間隔で20〜30%振幅で2〜5分間懸濁液を超音波処理します。超音波処理後の懸濁液の適切な分散と均質性を確保します。

懸濁液を新しい10ミリリットルのプラスチック注射器に引き込みます。シリンジニードルを取り外し、200ナノメートルのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)メッシュシリンジフィルターと交換します。金属有機フレームワーク(MOF)懸濁液をシリンジフィルターに通して新しいクリーンバイアルに入れます。

ビームスポットサイズを小さくするには、2ミリメートルのキュベットに当たって、最初に凹レンズまたはCCLレンズ、次に凸レンズまたはCVLレンズがレーザーに当たるガリレオ望遠鏡をセットアップします。2つのレンズ間の距離が、レンズの2つの焦点距離の差とほぼ同じであることを確認してください。レーザーシャッターとプローブシャッターの両方を開き、最初のサンプルマウントドアSM1を2番目のサンプルマウントドアSM2に交換します。

そして、ノートカードをSM2クランプマウントに配置して、その向きがプローブビームに完全に向くようにします。次に、MM one、2、3という名前の一連の3つのミニミラーをセットアップします。P 3キネマティックマウントの回転ノブをMM Oneの中心にほぼ調整して、入射レーザービームを向けます。

ミラーからミラーへのレーザービームの膨張を最小限に抑えるには、MM 2をMM 1の前に配置して、2つのミラー間の反射角度を下げます。ビームがMM1のほぼ中央に当たったら、反射したレーザービームが中心のMM2に当たるようにMM 1を回転させます。同様に、ビームがMM2の中心に当たったら、反射されたレーザービームが中心のMM3に当たるように回転させます。

ビームがMM3のほぼ中央に当たったら、MMを3回転させて、反射されたレーザービームがプローブビームと同じ場所にあるアライメントノートカードに当たるようにします。ミラーの垂直ノブと水平ノブを使用して、各ミラーとノートカードのレーザービームの位置を微調整し、ビームがその経路全体でほとんどまたはまったくクリッピングしないようにします。14 x 20の内側ジョイント、またはSC 2、および14 x 20のゴムセプタムを備えた2ミリメートルキュベットを使用して、前に示したようにビームアライメントを繰り返します。

サンプルをクランプサンプルマウント(SM 2)に挿入し、プローブビームパスに完全に面します。次に、ミラーの垂直ノブと水平ノブを使用して、各ミラーとSM 2のレーザービームの位置を微調整します。薄型スターラーを使用して、サンプルを適度に攪拌し、過渡吸収(TA)測定を実行します。

超高速過渡吸収または超高速TA測定のためにポンプビームとプローブビームを調整するには、まず、パージせずに発色団溶液を調製します。超高速レーザーポンプソースと分光計の電源を入れます。光パラメトリック増幅器ソフトウェアを開き、目的の励起波長に設定します。

超高速TA分光計ソフトウェアを開き、プローブウィンドウを選択します。標準キュベットをプローブビームに合わせてサンプルホルダーに配置します。必要に応じて、ニュートラル密度またはNDフィルターホイールでポンプソースパワーを調整し、ポンプビームを確認します。

ポンプとプローブビームに面したキュベット側に白いノートカードを置きます。キネマティックマウントの回転ノブを使用してノートカードのポンプスポットを調整し、垂直方向にプローブビームと同じ高さになり、水平方向にプローブビームの隣の1〜2ミリメートル以内になるようにします。ノートカードなしで、ポンプビームの位置を微調整して、最高のTAスペクトル信号を取得します。

ポンプとプローブビームの位置を合わせた状態で、サンプルセルホルダーを、レーザービームの焦点に200万〜25ミクロンの穴があるピンホールホイールと交換します。ピンホールホイールが、正確ではないにしても、レーザービームの経路に対して垂直に近いことを確認してください。レーザービームが2000ミクロンのピンホールを通過するようにピンホールホイールをセットアップします。

次に、ピンホールホイールの反対側にパワーメーターにしっかりと取り付けた検出器を設置し、レーザー光全体が検出器に当たるようにします。ホイールを小さいサイズに回転させ、各サイズのパワーを測定してビームスポットサイズを決定します。線形電力応答チェックを行うには、ポンプビームとプローブビームの位置合わせを行い、サンプルホルダー内でMOFサンプルを攪拌したら、ポンプビーム経路の検出器に取り付けられたパワーメーターを使用して平均ポンプ電力を測定して記録します。

ビーム経路から検出器を取り外します。ライブビューTAモードでは、約2〜3ピコ秒のチャープ応答の直後のTAスペクトルのさまざまなポイントでMOFサンプルのデルタOD信号を記録します。記録されたデータポイントを、データ分析ソフトウェアでデルタOD対インシデントパワーとしてプロットします。

線形電力応答がある場合、結果のプロットはY切片がゼロの直線を形成します。予想どおり、非線形電力応答がある場合、通常、線形曲線からの有意な偏差が観察されます。フリーベースPCN 222の電子吸収スペクトルをアミノ化PEGと比較すると、アミノ化PEGおよびフィルタリングを含まないPCN 222のスペクトルは、より広い電子遷移およびかなりのベースライン散乱を示した。

アミノ化ペグを使用しない場合、フリーベースPCN 222とDMF中のリンカーH2TCPPの励起スペクトルと発光スペクトルは非常によく一致しました。発光寿命の違いは、タンパク質化およびタンパク質化されたH2TCPPリンカーのエネルギー移動消光に起因していました。415ナノメートルでのソートバンド励起直後のアミノ化PEGを含まないフリーベースPCN 222のTAスペクトルは、かなりの散乱を示し、TAスペクトルは波長の減少とともにますます負になりました。

これは、溶液中のH2TCPPのスペクトルとはまったく対照的でした。アミノ化PEGを含まないH2TCPPとフリーベースPCN 222の速度論も大きく異なっていた。しかし、アミノ化PEGを用いたフリーベースPCN 222のスペクトルとその寿命は、H2TCPP TAスペクトルとはるかによく一致しています。

アミノ化PEGを用いたフリーベースPCN 222の超高速TAスペクトルは、溶液中のリンカーのスペクトルに似ており、約420ナノメートルの基底状態の漂白剤と、漂白剤の両側に励起状態の吸収を示しました。これらの観測はすべて、観測された信号がMOFからのものであり、散乱によるものではないことを示しました。溶媒和 MOF リンカーのスペクトルと動力学を測定して、MOF 自体のスペクトルと動力学をプローブするときに何が期待できるかを理解することが重要です。

この手法により、研究者は、測定用のサンプルを適切に準備する方法を見つけるのではなく、光にさらされたときのサンプルの動作を理解することに真に集中できます。