Name: Wprowadzenie do przetwarzania, dopasowywania i interpretowania danych absorpcji stanów nieustalonych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-02-16T12:40:00.000+00:00
Duration: 8 min 12 s
Description: Poznaj metody przetwarzania i dopasowywania danych spektroskopii absorpcji stanów nieustalonych. Protokół obejmuje korekty tła i chirpu oraz analizę kinetyczną dla początkujących badaczy w dziedzinie fotochemii.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była możliwa dzięki programowi NSF Major Research Instrumentation, który stworzył wielofunkcyjne urządzenie laserowe do absorpcji przejściowej (CHE-1428633). Ten materiał jest oparty na pracy wspieranej przez National Science Foundation w ramach grantu nr. CHE-2313290.

Decoding Transient Absorption - Processing, Fitting, and Interpreting Data

<ol><li>Turro, N. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTurro%2C+NJ+%22Modern+Molecular+Photochemistry%22">Modern Molecular Photochemistry</a>. , University Science Books. (1991).</li>
<li>Berera, R., van Grondelle, R., Kennis, J. T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+transient+absorption+spectroscopy%3A+Principles+and+application+to+photosynthetic+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Photosynth+Res%22%5BJournal%5D)">Ultrafast transient absorption spectroscopy: Principles and application to photosynthetic systems.</a> Photosynth Res. 101, 105-118 (2009).</li>
<li>Ruckebusch, C., Sliwa, M., Pernot, P., de Juan, A., Tauler, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comprehensive+data+analysis+of+femtosecond+transient+absorption+spectra%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22J+Photochem+Photobiol+C+Photochem+Rev%22%5BJournal%5D)">Comprehensive data analysis of femtosecond transient absorption spectra: A review.</a> J Photochem Photobiol C Photochem Rev. 13 (1), 1-27 (2012).</li>
<li>Van Stokkum, I. H. M., Larsen, D. S., Van Grondelle, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+and+target+analysis+of+time-resolved+spectra%5BTitle%5D)+AND+%22Biochim+Biophys+Acta+-+Bioenerg%22%5BJournal%5D)">Global and target analysis of time-resolved spectra.</a> Biochim Biophys Acta - Bioenerg. 1657 (2-3), 82-104 (2004).</li>
<li>Megerle, U., Pugliesi, I., Schriever, C., Sailer, C. F., Riedle, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-50+fs+broadband+absorption+spectroscopy+with+tunable+excitation%3A+putting+the+analysis+of+ultrafast+molecular+dynamics+on+solid+ground%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Phys+B+Lasers+Opt%22%5BJournal%5D)">Sub-50 fs broadband absorption spectroscopy with tunable excitation: putting the analysis of ultrafast molecular dynamics on solid ground.</a> Appl Phys B Lasers Opt. 96 (2-3), 215-231 (2009).</li>
<li>Kovalenko, S. A., Dobryakov, A. L., Ruthmann, J., Ernsting, N. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+spectroscopy+of+condensed+phases+with+chirped+supercontinuum+probing%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+A+-+At+Mol+Opt+Phys%22%5BJournal%5D)">Femtosecond spectroscopy of condensed phases with chirped supercontinuum probing.</a> Phys Rev A - At Mol Opt Phys. 59 (3), 2369-2384 (1999).</li>
<li>Villa, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Broadly+tunable+mid-infrared+femtosecond+pulses+directly+generated+by+an+optical+parametric+amplifier%5BTitle%5D)+AND+%22OSA+Contin%22%5BJournal%5D)">Broadly tunable mid-infrared femtosecond pulses directly generated by an optical parametric amplifier.</a> OSA Contin. 4 (11), 2837-2844 (2021).</li>
<li>Brodeur, A., Chin, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+white-light+continuum+generation+and+self-focusing+in+transparent+condensed+media%5BTitle%5D)+AND+%22J+Opt+Soc+Am+B%22%5BJournal%5D)">Ultrafast white-light continuum generation and self-focusing in transparent condensed media.</a> J Opt Soc Am B. 16 (4), 637650(1999).</li>
<li>Lang, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photometrics+of+ultrafast+and+fast+broadband+electronic+transient+absorption+spectroscopy%3A+State+of+the+art%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Instrum%22%5BJournal%5D)">Photometrics of ultrafast and fast broadband electronic transient absorption spectroscopy: State of the art.</a> Rev Sci Instrum. 89 (9), 093112(2018).</li>
<li>Beckwith, J. S., Rumble, C. A., Vauthey, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Data+analysis+in+transient+electronic+spectroscopy+-+an+experimentalist%27s%5BTitle%5D)+AND+%22Int+Rev+Phys+Chem%22%5BJournal%5D)">Data analysis in transient electronic spectroscopy - an experimentalist's.</a> Int Rev Phys Chem. 39 (2), 135-216 (2020).</li>
<li>Devos, O., Mouton, N., Sliwa, M., Ruckebusch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Baseline+correction+methods+to+deal+with+artifacts+in+femtosecond+transient+absorption+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chim+Acta%22%5BJournal%5D)">Baseline correction methods to deal with artifacts in femtosecond transient absorption spectroscopy.</a> Anal Chim Acta. 705 (1-2), 64-71 (2011).</li>
<li>Surface Xplorer from Ultrafastsystems. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://ultrafast.systems/products/spectrometers-a">https://ultrafast.systems/products/spectrometers-a</a> (2023).</li>
<li>Gampp, H., Maeder, M., Meyer, C. J., Zuberbuhler, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Calculation+of+equilibrium+constants+from+multiwavelngth+spectroscopic+data-i+mathematical+considerations%5BTitle%5D)+AND+%22Talanta%22%5BJournal%5D)">Calculation of equilibrium constants from multiwavelngth spectroscopic data-i mathematical considerations.</a> Talanta. 32 (2), 95-101 (1985).</li>
<li>Snellenburg, J. J., Laptenok, S., Seger, R., Mullen, K. M., van Stokkum, I. H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Glotaran%3A+A+Java-based+graphical+user+interface+for+the+R+package+TIMP%5BTitle%5D)+AND+%22J+Stat+Softw%22%5BJournal%5D)">Glotaran: A Java-based graphical user interface for the R package TIMP.</a> J Stat Softw. 49 (3), 1-22 (2012).</li>
<li>Python scripts to convert to and from comma separated values (.csv) and Ultrafast Systems binary data (.ufs) file formats. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://bitbucket.org/ptapping/csv2ufs/src/master/">https://bitbucket.org/ptapping/csv2ufs/src/master/</a> (2023).</li>
<li>Surface Xplorer manual. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://ultrafastsystems.com/download/surface-xplorer/SurfaceXplorerManual.pdf">https://ultrafastsystems.com/download/surface-xplorer/SurfaceXplorerManual.pdf</a> (2023).</li>
<li>Lakowicz, J. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLakowicz%2C+JR+%22Principles+of+fluorescence+spectroscopy%2C+3rd+Ed%22">Principles of fluorescence spectroscopy, 3rd Ed</a>. , Springer Science+Business Media, LLC. 883-886 (2006).</li>
<li>Maciejewski, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transient+absorption+experimental+set-up+with+femtosecond+time+resolution.+Femto-+and+picosecond+study+of+DCM+molecule+in+cyclohexane+and+methanol+solution%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mol+Struct%22%5BJournal%5D)">Transient absorption experimental set-up with femtosecond time resolution. Femto- and picosecond study of DCM molecule in cyclohexane and methanol solution.</a> J Mol Struct. 555 (1-3), 1-13 (2000).</li>
<li>Lorenc, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artifacts+in+femtosecond+transient+absorption+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+B+Lasers+Opt%22%5BJournal%5D)">Artifacts in femtosecond transient absorption spectroscopy.</a> Appl. Phys. B Lasers Opt. 74, 19-27 (2002).</li>
<li>Turro, C. Transient absorption spectroscopy. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://mediaspace.unm.edu/media/Physical+Inorganic+Tutorials+Transient+Absorption+Specctrscopy/1_t5pdqzgx">https://mediaspace.unm.edu/media/Physical+Inorganic+Tutorials+Transient+Absorption+Specctrscopy/1_t5pdqzgx</a> (2023).</li>
<li>Maçôas, E. M. S., Mustalahti, S., Myllyperkiö, P., Kunttu, H., Pettersson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+vibrational+dynamics+in+electronic+relaxation+of+Cr%28acac%293%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+A%22%5BJournal%5D)">Role of vibrational dynamics in electronic relaxation of Cr(acac)3.</a> J Phys Chem A. 119 (11), 2727-2734 (2015).</li>
<li>Brown, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vibrational+relaxation+and+redistribution+dynamics+in+Ruthenium%28II%29+polypyridyl-based+charge-transfer+excited+states%3A+a+combined+ultrafast+electronic+and+infrared+absorption+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+A%22%5BJournal%5D)">Vibrational relaxation and redistribution dynamics in Ruthenium(II) polypyridyl-based charge-transfer excited states: a combined ultrafast electronic and infrared absorption study.</a> J Phys Chem A. 122 (40), 7941-7953 (2018).</li>
<li>Vlček, A., Kvapilová, H., Towrie, M., Záliš, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron-transfer+acceleration+investigated+by+time+resolved+infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Acc+Chem+Res%22%5BJournal%5D)">Electron-transfer acceleration investigated by time resolved infrared spectroscopy.</a> Acc Chem Res. 48 (3), 868-876 (2015).</li>
<li>Horng, M. L., Gardecki, J. A., Papazyan, A., Maroncelli, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subpicosecond+measurements+of+polar+solvation+dynamics%3A+Coumarin+153+revisited%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Subpicosecond measurements of polar solvation dynamics: Coumarin 153 revisited.</a> J. Phys. Chem. 99 (48), 17311-17337 (1995).</li>
<li>LaRocca, M. M., Baker, G. A., Heitz, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+rotation+and+solvation+dynamics+in+ethaline+deep+eutectic+solvent+and+its+solutions+with+methanol%5BTitle%5D)+AND+%22J+Chem+Phys%22%5BJournal%5D)">Assessing rotation and solvation dynamics in ethaline deep eutectic solvent and its solutions with methanol.</a> J Chem Phys. 155 (3), 034505(2021).</li>
<li>Zhang, X. X., Liang, M., Ernsting, N. P., Maroncelli, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complete+solvation+response+of+coumarin+153+in+ionic+liquids%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+B%22%5BJournal%5D)">Complete solvation response of coumarin 153 in ionic liquids.</a> J Phys Chem B. 117 (16), 4291-4304 (2013).</li>
<li>Jollife, I. T., Cadima, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principal+component+analysis%3A+A+review+and+recent+developments%5BTitle%5D)+AND+%22Philos+Trans+R+Soc.+A%22%5BJournal%5D)">Principal component analysis: A review and recent developments.</a> Philos Trans R Soc. A. 374 (2065), 20150202(2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Spektroskopia przejściowej absorpcji (TA) jest spektroskopową techniką z rozdzielczością czasową, która monitoruje ewolucję wzbudzonych fotoelektronicznie gatunków poprzez zależne od czasu zmiany w ich widmie absorpcji po wzbudzeniu impulsem światła. Ponieważ TA jest techniką absorpcyjną, można identyfikować sygnały spektroskopowe pochodzące ze stanów podlegających zarówno przejściom radiacyjnym (tj. stanów, które zazwyczaj emitują foton), jak i przejściom nieradiacyjnym (stanów zazwyczaj niefluorescencyjnych, które podlegają konwersji wewnętrznej, przejściom międzyukładowym lub uczestniczą w fotoreakcjach), a także śledzić ich ewolucję1,2. W zależności od specyfiki źródła wzbudzenia i metody detekcji, TA umożliwia dostęp do kinetyki od femtosekund po mikrosekundy oraz od zakresu UV do dalekiej podczerwieni (IR), co czyni ją wszechstronnym narzędziem spektroskopowym. Komercjalizacja spektrometrów TA znacząco postąpiła w ciągu ostatnich kilku dekad, co sprawiło, że więcej laboratoriów i ośrodków badawczych zyskało dostęp do tej potężnej techniki2.
Nowoczesne systemy TA są w stanie generować obszerne zestawy danych o wysokiej rozdzielczości energetycznej i czasowej. Zbiory danych te przyjmują zazwyczaj formę macierzy 2D wartości różnicy transmitancji lub absorbancji w funkcji długości fali i opóźnienia czasowego względem impulsu wzbudzenia. Zestaw danych ten można przedstawić w formie dwuwymiarowej mapy ciepła lub trójwymiarowej mapy topograficznej. Interpretacja tych danych stała się bardziej złożona, ponieważ badacze dążą do uwzględnienia całego zbioru danych podczas generowania dopasowań, które najlepiej opisują analizowany układ3.
Chociaż TA może obejmować szeroki zakres długości fal i skal czasowych, niniejszy protokół koncentruje się na jednej z jego najbardziej dostępnych form4: spektroskopii szerokopasmowej w obszarze UV-vis, sterowanej femtosekundowym laserem impulsowym. Schemat5,6 takiego urządzenia przedstawiono na Rysunku 1. Eksperyment rozpoczyna się od pobrania impulsu z lasera i rozdzielenia go na dwie kopie. Pierwsza kopia impulsu, nazywana „pompą”, służy do wzbudzenia próbki. Do przekształcenia impulsu pompy na pożądaną długość fali wzbudzenia zazwyczaj wykorzystuje się urządzenie takie jak optyczny wzmacniacz parametryczny (OPA)5,7. Druga kopia impulsu, nazywana „sondą”, trafia na mechaniczną linię opóźniającą, która może zmieniać opóźnienie czasowe między impulsami pompy i sondy poprzez zmianę dystansu, jaki pokonuje impuls. Jednobarwny impuls sondy jest następnie przekształcany w kontinuum białego światła przy użyciu kryształu szafiru lub fluorku wapnia (CaF2)8. Impuls białego światła przechodzi przez próbkę, a jego widmo jest mierzone za pomocą detektora szerokopasmowego, takiego jak kamera z urządzeniem sprzężonych ładunków (CCD). Poprzez pomiar zmian w widmie impulsu białego światła z pompą i bez niej, można zmierzyć indukowane przez pompę zmiany w widmie absorpcyjnym próbki, ΔA(T). Zainteresowanych czytelników odsyłamy do tego przydatnego przeglądu9 w celu uzyskania szerszych informacji na temat procesu detekcji.
We wszystkich formach spektroskopii TA widma ΔA(t) oblicza się poprzez wyznaczenie różnicy między absorpcją stanu podstawowego, Aprobe, a absorpcją stanu wzbudzonego, Apump+probe, przy danej opóźnieniu czasowym, t, pomiędzy dwoma impulsami2,5,9,10.
<img alt="Równanie przejściowego pochłaniania ΔA(t)=A_pump+probe(t)−A_probe; koncepcja analizy spektroskopowej." src="/files/ftp_upload/65519/65519eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 1">    (1)
Należy zauważyć, że Aprobe odpowiada widmu absorpcji próbki w stanie stacjonarnym i jest niezależne od czasu; rozdzielczość czasowa eksperymentu wynika z opóźnienia między impulsem pompowym a badawczym, zarejestrowanego w Apump+probe(t). Symulacja tych danych przedstawiona jest na Rysunku 2A.
W przeciwieństwie do widm absorpcyjnych w stanie stacjonarnym, widma TA mogą wykazywać sygnały zarówno dodatnie, jak i ujemne ze względu na różnicę obliczoną zgodnie z równaniem 1. Sygnały dodatnie są wynikiem powstania nowych gatunków absorbujących pod wpływem impulsu pompującego i mogą reprezentować wzbudzone stany chromoforów, stany tripletowe, reorganizacje geometryczne, efekty solwatacji lub fotoprodukty stanu wzbudzonego.3Ogólne wytyczne dotyczące identyfikacji tych sygnałów i przypisywania ich do konkretnych gatunków chemicznych zostaną przedstawione w sekcji Dyskusja. Sygnały ujemne mogą wynikać z wybielenia stanu podstawowego (GSB) lub emisji stymulowanej (SE) (Rysunek 2B). GSB wynika z utraty populacji stanu podstawowego po absorpcji impulsu pompowania. Cząsteczki wzbudzone do stanu ekscytowanego nie absorbują już w tym samym obszarze co w stanie podstawowym; w związku z tym, mniej impulsu sondującego jest pochłaniany, a różnica w równaniu 1 w tym obszarze może być ujemna. GSB charakteryzuje się takim samym kształtem widmowym jak absorpcja stanu podstawowego, lecz o przeciwnym znaku. Sygnały SE wynikają z emisji z gatunku w stanie wzbudzonym, stymulowanej przez impuls sondujący3Emisja z tych gatunków prowadzi do więcej światła docierania do detektora, co jest równoważne z posiadaniem mniejsze pochłanianie przy tych długościach fal. Sygnał SE będzie miał kształt widma podobny do widma emisji spontanicznej danego gatunku, jednak z ujemnym znakiem i innym ważeniem częstotliwości10.
Oprócz informacji o gatunkach w stanach wzbudzonych, widma TA mogą zawierać szereg artefaktów i cech obcych, które mogą zniekształcać podstawową dynamikę i utrudniać przypisanie pasm absorpcyjnych11. Nieprawidłowe potraktowanie tych artefaktów podczas przygotowania i analizy danych może prowadzić do zastosowania niewłaściwych modeli fotofizycznych do danych, a w konsekwencji do błędnych wniosków11. Dlatego pierwsza część niniejszego protokołu koncentruje się na tym, jak prawidłowo przetwarzać zbiory danych TA po ich zgromadzeniu. Celem tej sekcji jest dostarczenie badaczom rozpoczynającym pracę z TA zestawu wytycznych, które pomogą wykształcić intuicję i zrozumienie potrzeby rygorystycznego przygotowania i przetwarzania danych.
Po przetworzeniu zbioru danych dostępnych jest szereg narzędzi i modeli do dopasowania i interpretacji widm o różnym stopniu złożoności i rygoru10. Celem drugiej sekcji niniejszego protokołu jest przygotowanie czytelnika do zastosowania dopasowania jednofalowego oraz analizy globalnej do danych, a także udzielenie wskazówek, kiedy modele te są odpowiednie do opisu ich danych. Obecnie łatwo dostępne jest komercyjne oprogramowanie do przygotowywania i przetwarzania danych TA, takie jak Surface Xplorer12,13 firmy Ultrafast systems (dostępne do pobrania i użytkowania bezpłatnie, patrz Tabela materiałów). Inne bezpłatne alternatywy zostały udostępnione przez naukowców z ośrodków akademickich, np. Glotaran14. Glotaran to bezpłatny program komputerowy opracowany do globalnej i celowej analizy danych spektroskopii i mikroskopii z rozdzielczością czasową. Służy on jako graficzny interfejs użytkownika (GUI) dla pakietu R o nazwie TIMP14. Dodatkowo użytkownicy mogą korzystać z języków programowania, takich jak Python, aby napisać własne kody przeprowadzające analizę. Każde z tych oprogramowań do dopasowania oraz rozwiązań programistycznych posiada pozytywne cechy, które czynią je istotnym wkładem w dziedzinę. Na potrzeby niniejszego opracowania możemy zaprezentować tylko jedno oprogramowanie w części wizualnej tej aktywności. Szczegółowa dyskusja na temat każdego oprogramowania do dopasowania wykracza poza zakres niniejszego artykułu.
Niniejszy artykuł przedstawia szczegółową procedurę (1) przetwarzania danych TA, (2) dopasowywania danych TA z wykorzystaniem kinetyki jednofalowej oraz analizy globalnej i (3) wyodrębniania danych oraz dopasowywania ich do innych modeli. Do celów ćwiczeń dla czytelnika dołączono zestaw reprezentatywnych danych TA (Supplementary File 1 oraz Supplementary File 2). Dane stanowią pomiar próbki o stężeniu 165 µM 1, 4-bis(5-phenyloxazole-2-yl)benzene (POPOP) w etanolu, wzbudzonej przy 330 nm i zebranej w zakresie od −5 ps do 5,5 ns. Dodatkowo, w tych samych warunkach eksperymentalnych, w zakresie od −5 ps do 5 ps, zebrano pomiar próbki „ślepej” zawierającej wyłącznie etanol, który jest wykorzystywany podczas przygotowania danych do dopasowania (krok 1). Widma zebrano przy użyciu ultraszybkiego spektrometru absorpcji przejściowej. Próbka znajdowała się w kuwecie o drodze optycznej 2 mm i była poddawana ciągłemu mieszaniu. Opisana procedura przetwarzania i dopasowywania opiera się na oprogramowaniu Surface Xplorer, które dopasowuje dane w formacie *.ufs i które w dalszej części będzie nazywane „programem do dopasowywania”. Dostępne są programy do konwertowania zbiorów danych z innych formatów do plików *.ufs15. Chociaż szczegóły niniejszego protokołu są specyficzne dla Surface Xplorer, kolejne kroki można zastosować do każdego pakietu oprogramowania, komercyjnego lub autorskiego. Ponadto wyniki przetwarzania danych można wyodrębnić i dopasować przy użyciu tych innych pakietów oprogramowania. Plik z informacjami uzupełniającymi (Supplementary File 3) zawiera dodatkowe wskazówki dotyczące dopasowywania.

<table><tbody><tr><td>EtOH 200% Proof</td><td>Decon Laboratories Inc</td><td>CAS 64-17-5</td><td>Rozpuszczalnik używany do przygotowania</td></tr><tr><td>próbki Spektrometr absorpcji przejściowej Helios&nbsp;</td><td>Ultraszybkie systemy&nbsp;</td><td>https://ultrafast.systems/products/spectrometers-accessories/helios/</td> <td>Spektrometr absorpcji przejściowej</td></tr><tr><td>POPOP&nbsp; 1,4-bis[2-(5-fenyloksazolyl)]benzen</td><td>Tokio Przemysł chemiczny</td><td>CAS 1806-34-4 Próbka</td><td>używana do przykładów</td></tr><tr><td>Ultraszybkie systemy</td><td>Surface Xplorer</td><td>https://ultrafast.systems/products/spectrometers-accessories/surface-xplorer/</td> <td>Program dopasowania</td></tr></tbody></table>

wprowadzenie do przetwarzania, dopasowywania i interpretowania danych absorpcji stanów nieustalonych

An Introduction to Processing, Fitting, and Interpreting Transient Absorption Data

Spektroskopia absorpcji przejściowej (TA) to potężna metoda spektroskopowa o rozdzielczości czasowej, używana do śledzenia ewolucji procesów stanu wzbudzonego poprzez zmiany w widmie absorpcji systemu. Wczesne wdrożenia TA były ograniczone do specjalistycznych laboratoriów, ale ewolucja komercyjnych systemów "pod klucz" sprawiła, że technika ta stała się coraz bardziej dostępna dla grup badawczych na całym świecie. Nowoczesne systemy TA są w stanie generować duże zbiory danych o wysokiej rozdzielczości energetycznej i czasowej, które są bogate w informacje fotofizyczne. Jednak przetwarzanie, dopasowywanie i interpretacja widm TA może być wyzwaniem ze względu na dużą liczbę cech stanu wzbudzonego i artefaktów instrumentalnych. Podczas gromadzenia, przetwarzania i dopasowywania danych TA należy dokładnie rozważyć wiele czynników, aby zmniejszyć niepewność co do tego, który model lub zestaw parametrów dopasowania najlepiej opisuje dane. Celem przygotowania i dopasowania danych jest ograniczenie jak największej liczby tych czynników zewnętrznych przy jednoczesnym zachowaniu danych do analizy. W tej metodzie początkujący otrzymują protokół przetwarzania i przygotowania danych TA, a także krótkie wprowadzenie do wybranych procedur i modeli dopasowania, w szczególności dopasowania pojedynczej długości fali i globalnej analizy czasu życia. Przedstawiono komentarz do szeregu powszechnie spotykanych wyzwań związanych z przygotowaniem danych i metod ich rozwiązywania, a następnie omówiono wyzwania i ograniczenia związane z tymi prostymi metodami dopasowywania.

Przygotowanie i analiza próbki 1,4-bis[2-(5-fenylooksazolyl)]benzenu (POPOP) w etanolu zostały przeprowadzone zgodnie z opisaną powyżej procedurą. Pomiary wykonano przy użyciu ultraszybkiego spektrometru absorpcji przejściowej, zgodnie z opisem w Rysunek 1z roztworami cieczami w kuwetach o szerokości 2 mm, przy użyciu regulowanego uchwytu na kuwetę oraz mieszadła magnetycznego w celu zapewnienia mieszania. Próbki mierzono w warunkach otoczenia, bez dodatkowej kontroli temperatury lub atmosfery. Okno optyczne od 340 nm do 680 nm uzyskano za pomocą kryształu fluorku wapnia. Zebrano dwieście pięćdziesiąt (250) punktów czasowych w przedziale od −5 ps do ~5500 ps, a w celu wygenerowania końcowego zestawu danych uśredniono trzy skany. Rycina 3Dane POPOP przygotowano zgodnie z opisem w protokole. Przykład nieoptymalnej korekcji chirpu przedstawiono w Rycina uzupełniająca 16Przeprowadzono dopasowanie kinetyczne dla pojedynczej długości fali dla POPOP, wybierając 632 nm jako długość fali analizy. Dodatkowo, zgodnie z opisem w protokole, przeprowadzono analizę globalną dla POPOP.
Dopasowanie kinetyczne POPOP przy pojedynczej długości fali 632 nm pozwoliło na wyznaczenie dwóch czasów życia. Wartości tych czasów życia były zmienne i nie wprowadzano dalszych korekt. Uzyskane parametry końcowe były następujące: t0 = −0.1176 ps, IRF = 0.436 ps, A1 = 0.0956, t1 = 1.614 ps, A2 = 0.0646, t2 = 522.2 ps (Rycina 4). Wyniki te są zgodne z przeprowadzoną następnie analizą globalną oraz raportowanymi wartościami czasu życia emisji dla POPOP (τ = 1.35 ns)17. Przykład dopasowania przy pojedynczej długości fali z zbyt małą liczbą komponentów czasu życia został przedstawiony i omówiony na Rycini Uzupełniającej 16.
Globalna analiza dopasowania dla POPOP została przeprowadzona po wybraniu 15 głównych komponentów (PCs) podczas wykonywania SVD. Po dopasowaniu wybrano dwa czasy życia, nie ustalano żadnych parametrów na stałe. Końcowe parametry uzyskane z dopasowania były następujące: t0 = −0.1586 ps, tp (IRF) = 0.4408 ps, t1 = 1459 ps, t2 = 267.5 ps. Widma różnicowe powiązane z zanikiem przedstawiono na Rysunku 5. Wyniki były zgodne z wynikami pojedynczego dopasowania kinetycznego przy 632 nm oraz wartościami czasu życia dla POPOP17. Dwa przykłady suboptymalnej analizy globalnej przedstawiono i omówiono na Rysunku uzupełniającym 16.
<img alt="Schemat układu spektroskopii przejściowej absorpcji z dzielnikiem wiązki i spektrometrem obrazującym." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65519/65519fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Schematyczna reprezentacja femtosekundowego szerokopasmowego instrumentu do absorpcji przejściowej opisanego w niniejszym protokole. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/65519fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykresy widm przejściowej absorpcji; analiza absorbancji/emisji stanu podstawowego i wzbudzonego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65519/65519fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Symulacja danych TAS oraz wkłady w sygnał TAS. (A) Krzywe Gaussa symulujące widmo absorpcji stanu podstawowego (niebieska linia przerywana) oraz widmo stanu wzbudzonego (czerwona linia przerywana, przesunięte w stronę czerwieni względem widma stanu podstawowego). Widmo różnicowe tych dwóch widm (fioletowa linia ciągła) przedstawia widmo różnicowe obserwowane w TA. Różnice między widmami stanu podstawowego i wzbudzonego zostały wyolbrzymione w celach ilustracyjnych. (B) Reprezentatywne widmo różnicowe TA dla POPOP w czasie 1,04 ps po wzbudzeniu przy 330 nm. Linie przerywane wskazują absorbancję stanu podstawowego oraz emisję w stanie stacjonarnym POPOP. Wyróżnione obszary pokazują typowe cechy TA: wybielenie stanu podstawowego (GSB), emisję stymulowaną (SE) oraz absorbancję stanu wzbudzonego (ESA) zaobserwowane w tych danych. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/65519fig02large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Widma absorpcji przejściowej, dopasowanie analizy globalnej, interfejs oprogramowania spektroskopowego, wykresy danych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65519/65519fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3: Przygotowane dane dla POPOP będące wynikiem zastosowania kroku 1 – Przygotowanie danych. Dane przedstawiono w formie skorygowanej mapy ciepła oraz reprezentatywnych widm. Wyniki te pokazują, jak powinny wyglądać dane po zastosowaniu korekt, gdy zestaw danych jest gotowy do dopasowania. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/65519fig03large.jpg" target="_blank">Aby wyświetlić większą wersję tej ryciny, kliknij tutaj.</a>
<img alt="Dopasowanie widma absorpcji przejściowej, wykres wyników z krzywymi zaniku w analizie danych fotonicznych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65519/65519fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4: Wyniki dopasowania dla pojedynczej długości fali dla POPOP przy 632 nm po zastosowaniu kroku 2.3 – Dopasowanie dla pojedynczej długości fali. Na rycinie przedstawiono (sekcja górna) uzyskane czasy życia w formie tabeli, (sekcja środkowa) dane (niebieskie kropki) oraz dopasowanie do danych (czerwona linia dopasowania) oraz (sekcja dolna) wykres residuów. Należy zauważyć, że w sekcji „current fit” amplitudy (A) są przedstawione jako wartości ΔA z danych, które reprezentują wkład konkretnego komponentu czasu życia w t0. Jednakże, gdy bieżące dopasowanie zostanie zapisane i pojawi się w tabeli „Fit Coefficients”, domyślnym ustawieniem jest wyświetlanie amplitud znormalizowanych. Ustawienie to można zmienić, odznaczając pole obok etykiety „Normalized” w sekcji „Fit Coefficients”. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/65519fig04large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Spektroskopia absorpcji przejściowej; dopasowanie analizy globalnej; wykresy i tabele danych spektralnych; konfiguracja eksperymentu." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65519/65519fig05v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 5"> 
Rycina 5: Wyniki dopasowania analizy globalnej POPOP uzyskane po dopasowaniu z kroku 2.4. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/65519fig05largev2.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat rozpraszania Ramana, ΔAbsorbancja w funkcji długości fali, analiza spektralna, wyniki widm przejściowych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65519/65519fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 6"> 
Rysunek 6: Przykład wymuszonego rozpraszania Ramanowskiego zaobserwowanego w eksperymentalnych danych TA. W tym zbiorze danych (nie w danych dla POPOP pokazanych w samouczku) próbka była wzbudzana przy 550 nm (oznaczone linią przerywaną). Rozpraszanie Ramanowskie jest widoczne w okolicach czasu zero i zazwyczaj pojawia się zarówno po niebieskiej stronie (rozpraszanie anty-Stokesa), jak i po czerwonej stronie (rozpraszanie Stokesa) od długości fali wzbudzenia pompy. Wymuszone rozpraszanie Ramanowskie jest krótkotrwałe, zazwyczaj trwa tylko około ~200 fs, ponieważ występuje w wyniku oddziaływania wiązki sondującej z próbką w tym samym czasie co wiązka pompy, co stymuluje proces Ramanowski. Cecha ta jest jednak nieunikniona i powinna zostać usunięta poprzez przycinanie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/65519fig06large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Rysunek uzupełniający 1: Menu główne po początkowym załadowaniu danych. Zazwyczaj w tym oprogramowaniu do dopasowania krzywych w prawym dolnym rogu okna pojawiają się pola opcji po najechaniu na nie kursorem myszy. Pola te umożliwiają zmianę interakcji kursora z oknem, np. przesuwanie zaznaczeń, przybliżanie lub panoramowanie wybranych okien. Dostępne są również opcje regulacji precyzji skal osi X i Y dla okna, a także zmiana trybu wyświetlania z liniowego na logarytmiczny. Osie można również blokować lub odblokowywać. W stanie zablokowania oś pozostaje na określonym poziomie przybliżenia lub w wskazanym zakresie wartości; po odblokowaniu zakres zmienia się tak, aby objąć pełny zestaw danych. Pozostałe opcje pozwalają na regulację wyświetlania liczb oraz kolorowania siatek, jeśli są one obecne. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S1.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 2: Menu powierzchniowe służące do przeprowadzenia odejmowania światła rozproszonego. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S2.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 3: Odjęcie ekranu światła rozproszonego – ustawianie widm do uśrednienia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S3.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rysunek uzupełniający 4: Ustawianie zakresu przycinania. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S4.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 5: Zbiór danych wyciętych. Wycięte dane zostaną trwale usunięte. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S5.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rysunek uzupełniający 6: Dopasowane okno odpowiedzi rozpuszczalnika i przykład dopasowania odpowiedzi rozpuszczalnika (linia czerwona) do danych (niebieskie kropki). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S6.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rysunek uzupełniający 7: Okno korekcji chirp z danymi z próbki „blank”. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S7.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rysunek uzupełniający 8: Korekcja chirp przedstawiona wraz ze zbiorem danych. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S8.pdf" target="_blank">Aby pobrać ten plik, kliknij tutaj.</a>
Rycina uzupełniająca 9: Okno dopasowania pojedynczej kinetyki (Single Kinetic Fit).Dodatkowo suwak u góry pozwala użytkownikowi wybrać długość fali, dla której ma zostać wykonane dopasowanie. Wybór odpowiedniej długości fali wymaga wiedzy na temat spektroskopii badanego układu, aby zidentyfikować, przy których wartościach zachodzą interesujące nas procesy. Przykładami są produkty przeniesienia ładunku, powstawanie stanów tripletowych lub tworzenie fotoproduktów, których cechy widmowe korelują ze konkretnymi długościami fal. Można dopasować te konkretne długości fal w celu wyznaczenia czasów życia tych zdarzeń. Ponadto zestaw wybranych długości fal może zostać użyty do walidacji wybranego modelu dopasowania globalnego. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S9.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 10: Ustawianie parametrów pojedynczego dopasowania kinetycznego.Poszczególne parametry dopasowania można utrwalić lub zmienić ręcznie, jeśli jest to pożądane, aby precyzyjnie dostroić dopasowanie i zminimalizować odchylenie standardowe residuum. Uwaga: Parametry można łatwo dostosować, klikając wartość w polu, a następnie korzystając z suwaka lub wpisując wartość ręcznie. Wyświetlane dopasowanie będzie aktualizowane w czasie rzeczywistym wraz ze zmianą wartości. Po uzyskaniu akceptowalnego dopasowania można je wyeksportować, klikając prawym przyciskiem myszy na ekranie dopasowania, co umożliwia eksport danych do schowka w celu wklejenia ich do wybranego programu lub zapisanie jako obraz do szybkiego podglądu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S10.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 11: Ograniczanie i ustalanie wartości parametrów dopasowania kinetycznego dla pojedynczego układu (Single Kinetic Fit) jest możliwe, jeśli jeden lub więcej parametrów jest dobrze znanych. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S11.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rysunek uzupełniający 12: Okno dekompozycji wartości osobliwych z głównymi komponentami, pokazujące wygląd śladu i komponentów po dodaniu odpowiedniej liczby głównych komponentów. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S12.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rysunek uzupełniający 13: Okno Global Fit przed wygenerowaniem dopasowania analizy globalnej. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S13.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 14: Okno Global Fit przedstawiające wyniki dopasowania analizy globalnej. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S14.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 15: Menu Plik służące do zapisywania i eksportowania plików. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S15.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 16: Przykłady nieoptymalnej korekcji chirpu oraz dopasowania. (A) przedstawia słabe dopasowanie pojedynczej kinetyki. Typ struktury residuów pokazany na panelu A zazwyczaj wskazuje na konieczność uwzględnienia dodatkowego czasu życia w celu dopasowania danych. Zauważmy, że residuum spada poniżej zera w krótszych czasach i podnosi się powyżej linii zera w dłuższych czasach życia. (B) przedstawia poprawną korekcję chirpu z wykorzystaniem przycisku podglądu, w której cechy są wyprostowane i w danych nie występuje zakrzywienie. (C) przedstawia niepoprawną korekcję chirpu, w której w niebieskiej części widma występuje wyraźne zakrzywienie, co wskazuje, że funkcja chirpu nadmiernie koryguje ten obszar. (D) pokazuje słabe dopasowanie globalnej analizy czasu życia, w którym nadmierne dopasowanie (w tym zbyt wiele parametrów) doprowadziło do powstania „symetrycznych” DADS (wyglądających jak lustrzane odbicia względem osi x) w podobnych zakresach czasu życia, które w zasadzie znoszą się nawzajem. Gdy obserwuje się takie cechy, dopasowanie nie powinno być stosowane. (E) pokazuje słabe dopasowanie globalne, w którym zbyt wiele parametrów spowodowało uzyskanie bardzo krótkiego czasu życia o bardzo dużej amplitudzie. Problem przedstawiony w (E) może pojawić się również wtedy, gdy artefakty wokół czasu zero nie zostaną prawidłowo skorygowane, a proces dopasowania skupi się na minimalizacji residuum poprzez nadmierne podkreślenie bardzo krótkiego czasu życia (takiego, który nie ma znaczenia fizycznego). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_Figures_S16.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 17: Przykład danych TAS z rozproszeniem Ramanowskim. Rozproszenie występuje wokół czasu zero i pokrywa się z długością fali wzbudzenia pompy. Rozproszenie składa się z serii ostrych pików z bardzo intensywnym pikiem dodatnim po niebieskiej stronie wzbudzenia pompy oraz pikiem ujemnym po czerwonej stronie wzbudzenia pompy. Tego zjawiska nie da się w rozsądny sposób uniknąć, dlatego należy je wyciąć z danych, aby nie zakłócało wyników dopasowania. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Jove_SI_FIgures_S17.pdf" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Plik uzupełniający 1: Plik zawierający zestaw danych do niniejszego samouczka (POPOP data_POPOP-inEtOH.ufs). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/POPOP%20data_POPOP-inEtOH.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Plik uzupełniający 2: Plik zawierający pusty zestaw danych do tego samouczka (POPOP data_BLANK.ufs). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/POPOP%20data_BLANK.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Plik uzupełniający 3: Pliki z informacjami uzupełniającymi zawierające dodatkowe uwagi dotyczące dopasowania odpowiedzi rozpuszczalnika, korekty rozproszenia oraz odejmowania powierzchni. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65519/Supplementary%20File%203.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>

Ten protokół jest wstępem dla początkujących do przetwarzania, dopasowywania i interpretacji widm absorpcji przejściowej. Protokół ten koncentruje się na przygotowaniu zestawów danych i dopasowaniu przy użyciu zarówno kinetyki pojedynczej długości fali, jak i globalnej analizy czasu życia. Omówiono wyzwania związane z danymi dotyczącymi absorpcji stanów nieustalonych i ich dopasowaniem.

Wprowadzenie do przetwarzania, dopasowywania i interpretowania danych absorpcji stanów nieustalonych

Transient absorption (TA) spectroscopy is a powerful time-resolved spectroscopic method used to track the evolution of excited-state processes through ...

Jesteśmy grupą eksperymentalnych fotochemików badających, jak wykorzystać światło do napędzania ważnych reakcji chemicznych i urządzeń do pozyskiwania energii, takich jak ogniwa słoneczne. Używamy szeregu spektroskopii, takich jak spektroskopia absorpcji przejściowej, której dane wykorzystujemy w tym samouczku do monitorowania i ilościowego określania tej dynamiki. Jednym z obecnych wyzwań jest monitorowanie i ilościowe określanie dynamiki chemicznej i urządzeń w bardziej realistycznych warunkach lub w tym, co nazywamy warunkami operacyjnymi, które naprawdę reprezentują sposób, w jaki zostałyby one wdrożone w prawdziwym życiu.Zaletą tego protokołu jest zapewnienie stosunkowo łatwego punktu wejścia dla początkujących. Chcieliśmy nakreślić podstawy dopasowania i niektóre z typowych wyzwań w przystępny sposób dla tych, którzy są nowicjuszami w tej dziedzinie. Zawsze będziemy używać światła jako naszej inspiracji.Mamy nadzieję, że wykorzystamy naszą wiedzę, aby zrozumieć, jak urządzenia aktywowane fotografią działają w rzeczywistych warunkach pracy, aby pomóc w rozwiązywaniu problemów związanych z zanieczyszczeniem środowiska i wykorzystać energię słoneczną z korzyścią dla naszego społeczeństwa. Aby rozpocząć, otwórz oprogramowanie do dopasowywania i załaduj przykładowy zestaw danych. Kliknij menu powierzchni i wybierz opcję odejmij rozproszone światło.W nowym oknie użyj przycisków strzałek i ustaw liczbę widm tła na średnią na 10, aby wykonać korekcję tła. Kliknij akceptuję, aby wykonać odejmowanie. Następnie usuń nieprzydatne części widma i skup się na widmie wyświetlanym w lewym dolnym rogu.Kliknij koniec długości fal, wprowadź nowe wartości i naciśnij enter. Dostosuj okno widmowe do żądanego zakresu długości fali. Przejdź do menu powierzchni, wybierz przytnij i potwierdź, klikając OK.Aby zapisać zmiany, kliknij menu pliku, wybierz pozycję Zapisz plik jako, kliknij przycisk OK, a następnie zamknij zestaw danych. Otwórz pusty zestaw danych rozpuszczalnika i rozpocznij proces korekcji wyzwalania, dostosowując wyświetlanie widma. Na kafelku mapy cieplnej w lewym górnym rogu kliknij narzędzie krzyżyk i przeciągnij pionową linię do niebieskiego końca widma, zaczynając w pobliżu niebieskiego zakresu długości fali na początku okna widma.Następnie przejdź do menu kinetyki i wybierz opcję Dopasuj reakcję rozpuszczalnika. W nowym oknie zatytułowanym Fit Solvent Response"kliknij przycisk dopasowania. Wykonaj to na co najmniej pięciu różnych długościach fal, rozmieszczonych w całym spektrum.Po ostatnim punkcie kliknij przycisk Zapisz, a następnie zamknij okno. Następnie otwórz wcześniej przycięty i odjęty zestaw danych w tle. Z menu powierzchni wybierz opcję korekcji ćwierkania.Dodaj ostatnio utworzoną korekcję ćwierkania, wybierając opcję dodaj z pliku, wybierając plik kończący się współczynnikami dopasowania i potwierdzając przyciskiem OK. Kliknij przycisk podglądu korekcji ćwierkania i obserwuj korektę w lewym górnym oknie, upewniając się, że dane wydają się tymczasowo spłaszczone bez żadnej krzywizny. Jeśli korekta jest zadowalająca, sfinalizuj ją, klikając przycisk Zastosuj i wyjdź.Przejdź do menu plików. Wybierz opcję Zapisz plik jako. Wprowadź odpowiednią nazwę, która odzwierciedla aplikację korekcji ćwierkania, a następnie kliknij przycisk OK.Aby zlokalizować obiekty w danych, które powinny zostać usunięte, przejdź do kafelka mapy skupień w lewym górnym rogu. Użyj krzyżyka nitkowa w ujemnym obszarze czasu, aby zidentyfikować początkową i końcową długość fali elementu rozpraszania. Zacznij od dolnej lub niebieskiej długości fali 654 nanometrów w lewym dolnym kafelku widma.Wybierz odpowiednią końcową długość fali i wprowadź wartość dla dolnego zasięgu elementu. Przytnij dane, wybierając z menu opcję powierzchnia, wybierając opcję Przytnij, a następnie klikając przycisk OK w menu podręcznym. Zapisz dane kadrowania z unikatową nazwą pliku wskazującą, po której stronie danych się znajduje, a następnie zamknij plik.Następnie otwórz wcześniej zapisany plik korekcji ćwierkania i przejdź do funkcji o wyższym lub czerwonym zasięgu długości fali. Wybierz lewy koniec długości fali w widmie w lewym dolnym kafelku i wprowadź wartość dla większego zasięgu obiektu. Aby przyciąć dane, przejdź do menu powierzchni, wybierz przytnij, a następnie kliknij OK w menu podręcznym.Zapisz dane kadrowania z charakterystyczną nazwą pliku, aby wskazać stronę danych, którą reprezentuje. Połącz te dwa pliki, przechodząc do opcji Plik i wybierając opcję Połącz wiele powierzchni. Zaznacz obie strony danych w nowym oknie za pomocą Control plus kliknięcie.Upewnij się, że oba pliki są zaznaczone w polu nazwy pliku, a następnie kliknij przycisk OK, aby potwierdzić. Kliknij plik i wybierz Zapisz plik jako, aby zapisać połączony plik. Przypisz unikatową nazwę pliku, aby wskazać jego połączony stan, a następnie kliknij przycisk OK, aby zapisać.Poprawiona mapa cieplna i reprezentatywne dane widmowe są pokazane tutaj. Wyniki pokazują, jak powinny wyglądać dane po zastosowaniu poprawek. Zestaw danych jest teraz gotowy do dopasowania.Aby zainicjować pojedyncze dopasowanie kinetyczne, przejdź do żądanej długości fali za pomocą kursora w lewym górnym lub dolnym kafelku. Wejdź do menu kinetyki i wybierz opcję dopasuj kinetykę. Dostosuj liczbę okresów istnienia w polu skończonych okresów istnienia za pomocą przycisków strzałek.Zaznacz pole wyboru Użyj nieskończonego okresu istnienia, aby dołączyć składnik o nieskończonym okresie istnienia. Wprowadź początkowe wartości przypuszczenia dla czasów życia, amplitud, czasu reakcji przyrządu i czasu zerowego, aby ułatwić proces dopasowania. Kliknij każdy parametr, wprowadź wartość odgadnięcia w oknie wartości i naciśnij początkowy przycisk zgadywania, aby ją ustawić.Po wprowadzeniu wszystkich parametrów odgadnięcia, zakończ dopasowanie, klikając przycisk dopasowania. Zapisz wyniki, wybierając przycisk Zapisz. W przypadku dopasowania do analizy globalnej należy uzyskać dostęp do menu powierzchni i wybrać główne komponenty za pomocą SVD.Ustaw liczbę głównych komponentów za pomocą przycisków strzałek. Zapisz te ustawienia, klikając przycisk Zapisz. Wróć do menu powierzchni i wybierz opcję dopasowania globalnego.Użyj przycisków strzałek obok liczby PD, aby ustawić liczbę funkcji wykładniczych, które mają być uwzględnione w dopasowaniu. Aby dołączyć składnik o nieskończonym okresie istnienia, zaznacz pole wyboru Użyj przesunięcia AINF. Zainicjuj dopasowanie, klikając przycisk dopasowania i zapisz konfigurację za pomocą przycisku zapisz.Aby wyodrębnić nieprzetworzone dane do kreślenia, utwórz mapę cieplną zestawu danych. Najpierw przejdź do menu plików i wybierz eksport do CSV. Ta akcja otworzy nowe okno.Kliknij przycisk OK, aby zapisać plik CSV w tym samym katalogu co plik danych i nadać mu identyczną nazwę jak plikowi danych. Aby wyświetlić reprezentatywne widma eksportu do wykreślenia w innym programie, zlokalizuj kursor poziomy w lewym górnym rogu mapy skupień i przeciągnij go do żądanego punktu czasowego. Naciśnij CTRL plus S, aby przechwycić widmo w tym momencie i zapisać je w oknie widma.Aby wyeksportować dane, kliknij prawym przyciskiem myszy okno, które wyświetla widmo. Wybierz opcję eksportuj dane do schowka. Na koniec wklej te dane do wybranego dokumentu oprogramowania i zapisz.Pokazane tutaj dopasowanie z pojedynczą długością fali wyświetla uzyskane okresy życia w formacie tabeli, dane i wykres reszt. Dopasowanie do analizy globalnej pokazuje wynikowe parametry i widma różnic związanych z zanikiem.

an-introduction-to-processing-fitting-interpreting-transient

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Kluczowe etapy funkcjonowania białka, w szczególności zmiany konformacyjne szkieletu i reakcje transferu protonów, często odbywają się w skali od mikrosekund do milisekund. Te dynamiczne procesy można badać za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera ze skanowaniem czasowo-rozdzielczym, w szczególności w przypadku białek, których funkcja jest wyzwalana przez światło.

Transfer protonów i dynamika konformacji białek w białkach światłoczułych za pomocą spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera ze skanowaniem czasowym i transformacją Fouriera

Czas reakcji transferu protonów w locie Spektrometria mas umożliwia bardzo czułą, szybką i nieinwazyjną analizę lotnych związków organicznych. Aby pokazać jej potencjał, podajemy trzy przykłady: fermentację mlekową jogurtu (monitorowanie bioprocesów on-line), różne genotypy jabłek (badania przesiewowe na dużą skalę) oraz przestrzeń zanosową po wypiciu kawy (analiza przestrzeni nosowej).

PTR-ToF-MS w połączeniu ze zautomatyzowanym systemem pobierania próbek i dostosowaną analizą danych do badań żywności: monitorowanie bioprocesów, badania przesiewowe i analiza przestrzeni nosowej

Tutaj używamy stabilizatora polimerowego do przygotowania zawiesin struktur metaloorganicznych (MOF), które wykazują znacznie zmniejszone rozproszenie w swoich widmach absorpcji w stanie podstawowym i przejściowym. W przypadku tych zawieszeń MOF, protokół zawiera różne wytyczne do spektroskopowego charakteryzowania MOF w celu uzyskania danych możliwych do interpretacji.

Przewodnik techniczny dotyczący wykonywania pomiarów spektroskopowych na strukturach metaloorganicznych

Monitorowanie w czasie rzeczywistym pozwala na szybką optymalizację reakcji przeprowadzanych przy użyciu przetwarzania o ciągłym przepływie. Jako przykład podaje się preparat 3-acetylokumaryny. Opisano aparaturę do monitorowania Ramana in situ, a także kroki wymagane do optymalizacji reakcji.

Monitorowanie w czasie rzeczywistym reakcji przeprowadzanych przy użyciu przetwarzania o ciągłym przepływie: na przykładzie przygotowania 3-acetylokumaryny

Azot jest efektywnym płynem nadkrytycznym do procesów ekstrakcji lub suszenia ze względu na swój mały rozmiar cząsteczkowy, wysoką gęstość w reżimie nadkrytycznym prawie ciekłym i obojętność chemiczną. Przedstawiamy protokół suszenia azotem w stanie nadkrytycznym do oczyszczania reaktywnych, porowatych materiałów.

Przetwarzanie azotu w stanie nadkrytycznym do oczyszczania reaktywnych materiałów porowatych

Protokół szczegółowo opisujący, w jaki sposób anizotropowe nanokryształy koloidalnego chalkogenku kadmu mogą być kowalencyjnie połączone poprzez ich końcowe fasetki, jest przedstawiony tutaj.

Łączenie aspekt-aspekt anizotropowych koloidalnych nanostruktur chalkogenku kadmu

Tutaj demonstrujemy użycie oprogramowania do montażu fluorescencji rentgenowskiej, MAPS, stworzonego przez Argonne National Laboratory do ilościowego oznaczania danych z mikroskopii fluorescencyjnej. Uzyskane dane ilościowe są przydatne do zrozumienia rozkładu pierwiastków i stosunków stechiometrycznych w badanej próbie.

Kwantyfikacja danych fluorescencji rentgenowskiej za pomocą MAPS

Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna (EIS) gatunków, które ulegają odwracalnemu utlenianiu lub redukcji roztworu, została użyta do określenia stałych szybkości utleniania lub redukcji.

Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna jako narzędzie do elektrochemicznej estymacji stałej szybkości

Tutaj prezentujemy metodę spektroskopowej charakterystyki cząsteczek organicznych za pomocą czasowo-rozdzielczej spektroskopii fotoluminescencyjnej w skali nanosekundowej do milisekundowej w warunkach beztlenowych. Opisano również metody skutecznego usuwania tlenu z próbek, a tym samym ograniczania wygaszania luminescencji.

Czasowo-rozdzielcza charakterystyka fotofizyczna związków organicznych zbierających potrójnie w środowisku beztlenowym przy użyciu kamery iCCD

Przedstawiono protokół analizy spektroelektrochemicznej Ramana i IR krok po kroku.

Metody spektroelektrochemiczne Ramana i IR jako narzędzia do analizy sprzężonych związków organicznych

Poznaj metody przetwarzania i dopasowywania danych spektroskopii absorpcji stanów nieustalonych. Protokół obejmuje korekty tła i chirpu oraz analizę kinetyczną dla początkujących badaczy w dziedzinie fotochemii.

Wprowadzenie do przetwarzania, dopasowywania i interpretowania danych absorpcji stanów nieustalonych

Przeglądaj więcej filmów