펨토초 시간 해결에 대한 신호 생성 및 최적화, 측정, 데이터 수집 및 데이터 처리에 대한 세부 정보가 설명되어 있습니다. 톨루엔에서 β-카로틴의 흥분 상태 역학에 대한 근적외선 자극 라만 연구가 대표적인 응용 분야로 나타났다.
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방법 논문
기능성 π-컨쥬게이트 시스템의 초고속 시간 해결 근거리 자극 라만 측정
* These authors contributed equally
이 논문에서
요약
초록
펨토초 시간 해결 자극 라만 분광법은 근적외선(near-IR) 전이가 있는 단기 과도의 구조적 역학을 관찰하는 유망한 방법입니다. 여기서는 최근 개발한 임만산 분광계를 자극하는 거의 IR 멀티플렉스가 해결된 펨토초 의 기술적 세부 사항을 설명합니다. 신호 생성 및 최적화, 측정, 데이터 수집, 기록된 데이터의 교정 및 보정에 대한 설명도 제공됩니다. 우리는 톨루엔 용액에서 β-카로틴의 흥분 상태 역학을 분석하기 위해 분광계를 적용합니다. Β-카로틴의 C=C 스트레치 밴드는 제2 최저신이 나는 싱글트(S2) 상태및 가장 낮은 흥분 된 싱글트(S1) 상태는 기록된 시간 해결 자극 라만 스펙트럼에서 명확하게 관찰된다. 펨토초 시간 해결 근거리 IR 자극 라만 분광기는 단순한 분자에서 복잡한 물질에 이르는 π-컨쥬게이트 시스템의 구조적 역학에 적용할 수 있습니다.
서론
라만 분광법은 간단한 가스, 액체 및 고체에서 기능성 물질 및 생물학적 시스템에 이르기까지 다양한 시료에서 분자구조를 조사하기 위한 강력하고 다재다능한 도구입니다. 라만 산란은 여기 빛의 광자 에너지가 분자의 전자 전이 에너지와 일치할 때 현저하게 향상된다. 공진 라만 효과는 우리가 선택적으로 분자의 많은 종류로 구성된 샘플에서 종의 라만 스펙트럼을 관찰 할 수 있습니다. Near-IR 전자 전이작은 큰 π-접합 구조를 가진 분자의 이흥분 상태 역학을 조사하기 위한 프로브로서 많은 관심을 끌고 있습니다. 가장 낮은 흥분 된 단일 상태의 에너지 및 수명은 긴 1 차원 폴리엔 사슬1,2,3을가지는 여러 카로티노이드에 대해 결정되었습니다. 중성 및 전하여기의 역학은 필름4,5,6,7,나노 입자8및 용액9,
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프로토콜
1. 전기 기기 의 시작
- 펨토초 Ti:사파이어 레이저 시스템은 작동 설명서에 따라 켜십시오. 레이저 시스템이 워밍업될 때까지 2시간 동안 기다립니다.
- 시스템이 워밍업되는 동안 광학 헬기, 번역 단계 컨트롤러, 분광기, InGaAs 어레이 검출기 및 컴퓨터의 전원 스위치를 켭니다. 액체 질소로 검출기의 Dewar를 채웁니다.
2. 분광계의 광학 정렬
- 미러조정(그림 1B)
- 미러 마운트의 지지대 위치를 확인합니다.
- 마운트의 위쪽 노브를 시계 반대 방향으로 돌리면 반사된 레이저 빔이 마운트 하부에 있는 경우 각각 수직 방향으로 위아래로 이동합니다. 지지대가 마운트의 상부에 있는 경우 노브를 반대 방향으로 돌립니다.
- 마운트의 왼쪽에 있는 노브를 시계 방향으로 반시계 방향으로 돌리면 반사된 레이저 빔이 마운트의 오른쪽에 있는 경우 각각 수평 방향으로 좌우로 이동합니다. 지지대가 마운트의 왼쪽에 있는 경우 노브를 반대 방향으로 돌립니다.
- 렌즈 정렬
- 렌즈 뒤에 격자가 ....
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결과
펨토초 시간-근접 IR 자극 라만 분광법을 톨루엔 용액에서 β-카로틴에 적용하였습니다. 샘플의 농도는 1 x10-4 몰dm-3이었다. 샘플은 1 μJ의 펄스 에너지로 480 nm에서 액티닉 펌프 펄스에 의해 광흥분되었다. 톨루엔에서 β-카로틴의 시간 해결 자극 된 라만 스펙트럼은 도 2A에도시되어 있다. 원시 스펙트럼은 용매 톨루엔의 강한 라만 밴드와 지상 상태에서 β-카로틴의 약한 라만 밴드뿐만 아니라 광흥분 β-카로틴의 라만 밴드를 포함했다. 그들은 광흥분전에 1 ps에서 동일한 용액의 자극된 라만 스펙트럼을 사용하여 감산되었다. 빼기 후 스펙트럼(그림 2B)광 흥분 β 카로틴 및 / 또는 다른 비선형 광학 공정의 흡수에 의해 발생하는 왜곡 된 기준선을 보였다. 다항식함수(그림 2
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토론
펨토초 시간 해결에 중요한 요인 거의 IR 멀티플렉스 자극 라만 측정
높은 신호 대 잡음 비로 시간 해결 된 거의 IR 자극 라만 스펙트럼을 얻으려면 프로브 스펙트럼은 전체 파장 범위에서 균일 한 강도를 가져야합니다. 따라서 백색광 연속체 생성(섹션 2.5)은, 시간이 해결된 거의 IR 자극라만 실험의 가장 중요한 부분 중 하나이다. 일반적으로 입사 빔의 강도가 증가함에 따라 프로브 스펙트럼이 넓고 평평해집니다. 그러나 빔 강도가 높면 백색광 연속체 생성 이외의 바람직하지 않은 비선형 광학 효과가 쉽게 생성됩니다. 최악의 시나리오에서 비선형 효과는 프로브 스펙트럼에 큰 강도 변동과 자극된 라만 스펙트럼의 신호 대 잡음 비를 크게 낮추는 진동 패턴을 제공합니다. 그림 2C는 진동 패턴이 스펙트럼에 미치는 영향을 보여줍니다. -0.30에서 4 ps까지의 진동 패턴을 보여 주지만 백색광 생성이 신중하게 최적화됨에 따라 피크 대 피크 진폭이 1 x.......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없다.
감사의 글
이 작품은 JSPS KAKENHI 교부금 번호 JP24750023, JP2435002, MEXT KAKENHI 교부금 번호 JP26104534, JP16H00850, JP26102541, JP16H002541, JP16H000782, 및 전략적 연구 재단201에 대한 MEXT 지원 프로그램 20에 의해 지원되었다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 1축 병진 스테이지 | OptSigma | TSD-401S | 동등한 제품도 사용되며, 그림 1의 M22, L9 및 CM의 경우 |
| 20cm 광학 지연선 | OptSigma | SGSP26-200 | ODL1의 경우 그림 1A |
| 3축 병진 스테이지 | OptSigma | TSD-405SL | L8의 경우 그림 1A |
| 3축 병진 스테이지 | Suruga Seiki | B72-40C | FC의 경우 그림 1A |
| 5cm 광학 지연선 | PMT | HRS-0050 | ODL2 그림 1A |
| Al Concave Mirror | Thorlabs | CM254-050-G01 | 초점 거리: 50mm; 그림 1A |
| 베이스 플레이트 | Suruga Seiki | A21-6 | 이와 동등한 제품도 사용됩니다. M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM 및 FC의 경우 그림 1A |
| BBO Crystal | EKSMA | Optics-Type | 1, θ = 23.2 deg; 그림 1A의 BBO |
| BK7 Plano-Concave Lens | OptSigma | SLB-25.4-50NIR2 | 초점 거리: 50mm; IR 반사 방지 코팅; 그림 1A의 L6 |
| BK7 Plano-Convex Lens | OptSigma | SLB-25.4-150PIR2 | 초점 거리: 150mm; IR 반사 방지 코팅; 그림 1A의 L2, L3, L5 |
| BK7 Plano-Convex Lens | OptSigma | SLB-25.4-100PIR2 | 초점 거리: 100mm; IR 반사 방지 코팅; 그림 1A의 L4 |
| BK7 Plano-Convex Lens | OptSigma | SLB-25.4-200PIR2 | 초점 거리: 200mm; IR 반사 방지 코팅; 그림 1의 L7 |
| 유전체 미러 | OptSigma | TFMS-25.4C05-2/7 | M22-M25, M28, M29(그림 1A) |
| 광대역 유전체 미러 | 정밀 포토닉스(고급 박막) | - | M26, M27, M30-M32(그림 1) |
| 광대역 반파 플레이트 | CryLight-HWP3 | 그림 1A | |
| 컬러 유리 필터 | HOYA | IR85 | F1(그림 1A) |
| 컬러 유리 필터 | HOYA | RM100 | F2 in 그림 1A |
| 컬러 유리 필터 | Schott | BG39 | F3 in 그림 1A |
| 컴퓨터 | Dell | Vostro 200 Mini Tower | OS: Windows XP |
| Cyclohexane | Kanto Kagaku | 07547-1B | HPLC 등급 |
| 데이터 분석 소프트웨어 | Wavemetrics | Igor Pro 8 | |
| 유전체 빔스플리터 | LAYERTEC-Reflection | : 투과 = 2 : 1; 그림 1A의 BS1 | |
| 유전체 빔스플리터 | LAYERTEC-Reflection | : 투과 = 1 : 1; BS2, BS3(그림 1A) | |
| 유전체 미러 | 정밀 Photonics (고급 박막) | - | M1-M8(그림 1A) |
| 디지털 오실로스코프 | Tektronix | TDS3054B | 500MHz, 5GS/s |
| 엘라스토머 튜브 | - | - | 그림 1E |
| 펨토초 Ti:사파이어 발진기 | Coherent | Vitesse 800-2 | 파장: 800 nm, 펄스 지속시간: 100 fs, 평균 전력: 280 mW, 반복률: 80 MHz; 그림 1A의 Ti:S에 포함됨 |
| 펨토초 Ti:sapphire 재생 증폭기 | Coherent | Legend-Elite-F-HE | 파장: 800nm, 펄스 기간: 100fs, 펄스 에너지: 3.5mJ, 반복률: 1kHz; 그림 1A의 Ti:S에 포함 |
| 필름 편광판 | OptSigma | SPFN-30C-26 | P1 그림 1A의 |
| Glan-Taylor Prism | OptSigma | GYPB-10-10SN-3/7 | P2 골드 |
| 미러 | OptSigma | TFG-25C05-10 | M9-M21(그림 1A |
| 반파장 플레이트 | OptSigma | WPQ-7800-2M | HWP1(그림 1A) |
| 고조파 분리기 | Coherent | TOPAS-C HRs 410-540 nm | HS(그림 1A) |
| InGaAs 어레이 검출기 | Horiba | Symphony-IGA-512X1-50-1700-1LS | 512채널, 액체 질소 냉각 |
| InGaAs PIN 포토다이오드 | Hamamatsu Photonics | 그림 1A의 G10899-01K | |
| IR 반파 플레이트 | OptiSource-HWP2 | ||
| Iris | Suruga Seiki | F74-3N | 이와 동등한 제품도 사용됩니다. 그림 1A의 I1-I17 |
| 렌즈 홀더 | OptSigma | LHF-25.4S | 동등한 제품도 사용되며, 그림 1A의 L1-L10용 |
| 자기 기어 펌프 | 마이크로펌프 | 184-415 | |
| 미러 마운트 | Siskiyou | IM100. C2M6R | 동등한 제품도 사용됩니다; 그림 1A의 M1-M32, BS1-BS3, BBO, CM의 경우 |
| 근적외선 인광체 카드 | Thorlabs | VRC2 | |
| 너트 | - | - | 그림 1E, M4; DIY 상점에서 구입 |
| 광학 초퍼 | 새로운 Focus | 3501 | OC 그림 1A |
| 광학 파라메트릭 증폭기 | Coherent | OPerA-F | OPA1 그림 1A |
| 그림 1A의 광학 파라메트릭 증폭기 | Coherent | TOPAS-C | OPA2 |
| 편광판 홀더 | OptSigma | PH-30-ARS | 이와 동등한 제품도 사용됩니다. P1-P2 및 HWP1-3용 그림 1A |
| 폴리플루오로아세테이트 튜브 | - | - | 그림 1E |
| 포스트 홀더 | OptSigma | BRS-12-80 | 이에 상응하는 제품도 사용됩니다. 그림 1A의 M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM 및 FC 그림 1A의 |
| 석영 플로우 셀 | Tosoh Quartz | T-70-UV-2 | FC 그림 1A의 |
| 석영 Plano-Concave Lens | OptSigma | SLSQ-25-50N | 초점 거리: 50 mm; 그림 1A의 L8 |
| Quartz Plano-Convex Lens | OptSigma | SLSQ-25-100P | 초점 거리: 100mm; 그림 1A의 L1, L9 |
| Quartz Plano-Convex Lens | OptSigma | SLSQ-25-220P | 초점 거리: 220mm; 그림 1A의 L10 |
| 사파이어 플레이트 | 교각 광학 장치 | - | 3mm 두께; 그림 1A의 SP |
| Si PIN 포토다이오드 | Hamamatsu Photonics | S3883 | |
| 단일 분광기 | Horiba Jobin Yvon | iHR320 | 초점 거리: 32cm |
| 스테인레스 스틸 로드 | Suruga Seiki | A41-100 | 이와 동등한 제품도 사용됩니다. M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM 및 FC의 경우 그림 1A |
| 스테인리스 스틸 로드 | 의 경우Newport | J-SP-2 | Figure 1E |
| Toluene | Kanto Kagaku | 40180-1B | HPLC 등급 |
| U-형 강판 | - | - | 그림 1E; DIY 상점에서 구입 |
| Neutral Density Filter (홀더 포함) | OptSigma | NDHN-100 | VND1 in Figure 1A |
| Variable Neutral Density Filter (with a holder) | OptSigma | NDHN-U100 | VND2 in Figure 1A |
| 비주얼 프로그래밍 언어 | National Instruments | LabVIEW 2009 | 이 연구의 제어 소프트웨어는 LabVIEW 2009 |
| Volume-Grating Bandpass Filter | OptiGrate | BPF-1190 | BPF (그림 1A |
| β-Carotene | Wako Pure Chemical Industries | 035-05531 |
참고문헌
- Polívka, T., Herek, J. L., Zigmantas, D., Åkerlund, H. -E., Sundström, V. Direct Observation of the (Forbidden) S1 State in Carotenoids. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (9), 4914-4917 (1999).
- Takaya, T., Iwata, K.
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재인쇄 및 허가
