Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Ultrahurtig Tidsløst Nær-IR stimuleret Raman Målinger af funktionelle π-konjugatsystemer

Published: February 10, 2020 doi: 10.3791/60437
Automatic Translation
*1, *1
1Department of Chemistry, Faculty of Science, Gakushuin University
* These authors contributed equally

Summary

Nærmere oplysninger om signalgenerering og optimering, måling, dataindsamling og datahåndtering for en femtosekund tidsløst nær-IR stimuleret Raman spektrometer er beskrevet. En nær infrarød stimuleret Raman undersøgelse af ophidset-state dynamik β-caroten i toluen er vist som en repræsentativ ansøgning.

Abstract

Femtosekund tidsløst stimuleret Raman spektroskopi er en lovende metode til at observere den strukturelle dynamik kortlivede transienter med nær infrarøde (nær-IR) overgange, fordi det kan overvinde den lave følsomhed spontane Raman spektrometre i nær-IR-regionen. Her beskriver vi tekniske detaljer om en femtosekund tidsløst nær-IR multiplex stimuleret Raman spektrometer, at vi for nylig har udviklet. Der gives også en beskrivelse af signalgenerering og optimering, måling, dataindsamling og kalibrering og korrektion af registrerede data. Vi præsenterer en anvendelse af vores spektrometer til at analysere den ophidsede-state dynamik β-caroten i toluen løsning. En C = C stretch band af β-caroten i den næstlaveste ophidset singlet (S2)tilstand og den laveste ophidset singlet (S1)tilstand er klart observeret i den registrerede tidsløst stimuleret Raman spektre. Den femtosekund tidsløse nær-IR stimuleret Raman spektrometer gælder for den strukturelle dynamik π-konjugat systemer fra simple molekyler til komplekse materialer.

Introduction

Raman spektroskopi er et kraftfuldt og alsidigt værktøj til at undersøge molekylernes strukturer i en lang række prøver fra simple gasser, væsker og faste stoffer til funktionelle materialer og biologiske systemer. Raman spredning er væsentligt forbedret, når foton energi excitation lys falder sammen med den elektroniske overgang energi af et molekyle. ResonansRaman effekt gør det muligt for os selektivt at observere Raman spektrum af en art i en prøve, der består af mange slags molekyler. Near-IR elektroniske overgange trækker en masse opmærksomhed som en sonde til at undersøge ophidset-state dynamik molekyler med store π-konjugerede strukturer. Energien og levetiden for den laveste ophidsede singlet tilstand er blevet bestemt for flere carotenoider, som har en lang endimensional polyenkæde1,2,3. Dynamikken i neutrale og ladede excitationer er blevet grundigt undersøgt for forskellige fotoledende polymerer i film4,5,6,7, nanopartikler8, ogopløsninger 9,10,11. Detaljerede oplysninger om transienternes strukturer kan fås, hvis der anvendes tidsløst nær-IR Raman-spektroskopi på disse systemer. Kun få undersøgelser, dog, er blevet rapporteret om tidsløst nær-IR Raman spektroskopi12,13,14,15,16, fordi følsomheden af nær-IR Raman spektrometre er ekstremt lav. Den lave følsomhed stammer hovedsageligt fra den lave sandsynlighed for næsten-IR Raman spredning. Sandsynligheden for spontan Raman spredning er proportional med ωiωs3, hvor ωi og ωs er frekvenserne af excitation lys og Raman spredning lys, henholdsvis. Hertil kommer, kommercielt tilgængelige nær-IR detektorer har meget lavere følsomhed end CCD detektorer fungerer i UV og synlige områder.

Femtosekund tidsløst stimuleret Raman spektroskopi er opstået som en ny metode til at observere tidsafhængige ændringer af Raman aktive vibrationelle bånd ud over den tilsyneladende Fourier-transformer grænse for en laserpuls17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28 ,29,30,31,32,33. Stimuleret Raman spredning genereres ved bestråling af to laser impulser: Raman pumpe og sonde impulser. Her antages det, at Raman pumpepulsen har en større frekvens end sondepulsen. Når forskellen mellem frekvenserne af Raman-pumpen og sondeimpulserne falder sammen med hyppigheden af en Raman aktiv molekylær vibration, er vibrationen sammenhængende spændt for et stort antal molekyler i det bestrålede volumen. Ikke-lineær polarisering fremkaldt af den sammenhængende molekylære vibration forbedrer det elektriske felt af sondepulsen. Denne teknik er især kraftfuld til nær-IR Raman spektroskopi, fordi stimuleret Raman spredning kan løse problemet med følsomheden af tidsløst nær-IR spontanraman spektrometre. Stimuleret Raman spredning registreres som intensitet ændringer af sonden puls. Selv hvis en nær-IR detektor har en lav følsomhed, stimuleret Raman spredning vil blive opdaget, når sonden intensitet er tilstrækkeligt øget. Sandsynligheden for stimuleret Raman spredning er proportional med ωRPωSRS, hvor ωRP og ωSRS er frekvenserne af Raman pumpepuls og stimuleret Raman spredning, henholdsvis20. Frekvenserne til stimuleret Raman spredning, ωRP og ωSRS, svarer til ωi og ωs for spontan Raman spredning, hhv. Vi har for nylig udviklet en femtosekund tidsløst nær-IR Raman spektrometer ved hjælp af stimuleret Raman spredning til at undersøge strukturer og dynamik kortlivede transienter fotogenereret i π-konjugat systemer2,3,7,10. I denne artikel præsenterer vi de tekniske detaljer i vores femtosekund tidsløst nær-IR multiplex stimuleret Raman spektrometer. Optisk justering, erhvervelse af tidsløst stimuleret Raman spektre, og kalibrering og korrektion af registrerede spektre er beskrevet. Den ophidsede tilstanddynamik i β-caroten i toluenopløsning undersøges som en repræsentativ anvendelse af spektrometeret.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Opstart af elektriske enheder

  1. Tænd femtosekund Ti: safir laser system i henhold til sin drift manual. Vent 2 timer på, at lasersystemet varmer op.
  2. Tænd for strømafbryderne på den optiske helikopter, de translationelle scenecontrollere, spektrografen, InGaAs-arraydetektoren og computeren, mens systemet varmer op. Fyld detektorens Dewar med flydende nitrogen.

2. Optisk justering af spektrometer

  1. Spejljustering (figur 1B)
    1. Kontroller placeringen af støtten på spejlholderen.
    2. Drej den øverste knop på holderen med uret og mod uret for at lade den reflekterede laserstråle bevæge sig ned og op i lodret retning, hvis støtten er placeret på den nederste del af holderen. Drej knappen i den modsatte retning, hvis støtten er placeret på den øverste del af holderen.
    3. Drej knappen på venstre side af holderen med uret og mod uret for at lade den reflekterede laserstråle rejse til højre og venstre i den vandrette retning, hvis støtten er placeret på højre side af holderen. Drej knappen i den modsatte retning, hvis støtten er placeret i venstre side af holderen.
  2. Justering af objektiver
    1. Placer et visitkort med et gitter bag objektivet som en skærm.
    2. Fjern objektivet. Indfør hændelsesstrålen og lad den ramme skærmen. Marker stråleplettens position på skærmen med en pen.
    3. Bloker strålen og placer linsen. Indfør strålen og bekræfte, at det rammer mærket på skærmen nøjagtigt. Hvis det ikke er tilfældet, skal du justere objektivets lodrette og vandrette positioner.
    4. Forbered et visitkort med et hul. Lad hændelsestrålen passere gennem hullet foran linsen og bekræfte, at den spejlende refleksion af strålen ved linsen bevæger sig i retning præcis modsat hændelsen stråle. Hvis det ikke gør det, justere vinklen på linsen.
  3. Laserstrålejustering(figur 1C)
    1. Placer et visitkort bag iris 2 (i2) som en skærm.
    2. Lad strålen passere gennem midten af i1 ved at justere spejl 1 (m1) i henhold til afsnit 2.1. Lad strålen passere gennem midten af i2 ved at justere m2 i henhold til punkt 2.1.
    3. Bekræft, at strålen passerer gennem centrene i1 og i2 samtidigt. Hvis strålen ikke passerer gennem midten af i1, gentag trin 2.3.2, indtil strålen passerer gennem midten af begge iris.
  4. Optisk justering af forsinkelseslinje(figur 1D)
    1. Fjern m3 og m4 på den optiske forsinkelseslinje (ODL). Placer i1 på positionen af m3 på højden af midten af m3.
    2. Flyt scenen mod m2 så langt som muligt ved at placere retningsknappen for scenecontrolleren. Lad strålen passere gennem midten af i1 ved at justere m1 i henhold til punkt 2.1.
    3. Flyt scenen fra m2 så langt som muligt ved at placere retningsknappen på scenecontrolleren. Lad strålen passere gennem midten af i1 ved at justere m2 i henhold til punkt 2.1.
    4. Flyt scenen mod strålen, så langt som den kan, og bekræft, at strålen passerer gennem midten af i1. Hvis strålen ikke passerer gennem midten af i1 efter trin 2.4.3, skal du gentage trin 2.4.2-2.4.3, indtil strålen passerer gennem midten af i1 i begge ender af scenen.
    5. Fjern i1 fra positionen af m3. Placer m3 og m4 på ODL. Lad strålen passere gennem midten af i2 ved at justere m3 og m4 i henhold til trin 2.4.2-2.4.4.
    6. Når trin 2.4.1-2.4.5 er færdige, lad strålen passere gennem midten af i2 ved at justere m1 og m2 i henhold til trin 2.4.2-2.4.5.
  5. Produktion af kontinuum i hvidt lys (figur 1A)
    1. Placer det variable neutrale massefilter (VND) VND1 i hændelsesstrålestien. Placer et visitkort ~ 200 mm bortset fra VND1 som en skærm.
    2. Drej VND1, indtil hændelsesstrålen rammer den højeste optiske tæthedsposition i VND1, hvor den transmitterede stråle har den laveste effekt.
    3. Placer objektivet (L) L1 (brændvidde = 100 mm) bag VND1. Placer den 3 mm tykke safirplade (SP) ~105 mm bortset fra L1, hvor SP er placeret en smule bag strålens fokus, så strålen passerer gennem SP nær kanten.
    4. Indstil diameteren af I6 til at være ~ 5 mm.
    5. Drej VND1 for gradvist at øge kraften i den transmitterede stråle, indtil der observeres en gul-hvid plet på skærmen. Drej VND1 yderligere i samme retning meget omhyggeligt, indtil en lilla ring omgiver den gul-hvide plet på skærmen.
  6. Justering af sondestråle (figur 1A)
    1. Juster de to spejle (M) (M4, M5) og (M7, M8) i henhold til punkt 2.3. Juster ODL2 i henhold til punkt 2.4. Juster M12 og M13 i henhold til punkt 2.3.
    2. Generér et utal fra hvidt lys i henhold til afsnit 2.5.
    3. Fjern farveglasfiltrene (F) F1 og F2 og polarisatoren (P) P1.
    4. Afspejl det hvide lys kontinuum med det konkave spejl (CM). Lad den reflekterede stråle passere lige ved siden af SP.
    5. Lad strålen ramte midten af M15 og M16 ved at justere Henholdsvis M14 og M15 i henhold til punkt 2.1. Fjern L2, L3 og L4. Lad strålen ramme midten af indgangen slids af spektrografen ved at justere M16.
    6. Mål diameteren af det hvide lys kontinuum stråle på CM og indgangen slids ved hjælp af gitter papir. Hvis diametrene ændres væsentligt mellem de to positioner, justeres cm-placeringen parallelt med strålen ved hjælp af et mikrometer på CM's bundplade, indtil diametrene bliver næsten identiske. Udfør trin 2.6.4-2.6.5 efter justeringen.
    7. Placer L2, L3 og L4 i henhold til afsnit 2.2, og placer derefter F1, F2 og P1.
  7. Raman pumpe stråle justering(Figur 1A)
    1. Placer det reflekterende båndfilter (BPF) med volumenristning (BPF) i outputstrålens sti for den optiske parametriskforstærker (OPA) OPA1. Juster BPF og M17 i henhold til punkt 2.3. Brug et nær-IR sensorkort til at observere strålepletten.
    2. Indstil vinklen på halvbølgepladen (HWP) HWP2 ved 45° for at indstille Raman-pumpens polarisering til lodret. Fjern L5, L6 og L7.
    3. Lad strålen ramte midten af M19, M20 og M21 ved at justere Henholdsvis M18, M19 og M20 i henhold til afsnit 2.1. Brug et nær-IR sensorkort til at observere strålepletten.
    4. Placer L5, L6 og L7 i henhold til afsnit 2.2 ved hjælp af et nær-IR sensorkort som skærm.
  8. Aktinisk pumpestrålejustering(figur 1A)
    1. Fjern L8 og L9. Lad udgangsstrålen fra OPA2 passere gennem midten af iris (I) I12 ved at justere M22 i henhold til afsnit 2.1.
    2. Juster M24 og M25 i henhold til punkt 2.3. Placer L8 og L9 i henhold til punkt 2.2. Juster ODL1 i henhold til punkt 2.4.
    3. Mål diameteren af den aktiverende pumpestråle ved M24 og M32 ved hjælp af gitterpapir. Hvis diametrene er væsentligt forskellige mellem de to positioner, justeres positionen af L9 parallelt med strålen ved hjælp af et mikrometer på l9's bundplade, indtil diametrene bliver næsten identiske.
    4. Fjern L10 og M32. Juster M30 og M31 i henhold til punkt 2.3.
    5. Placer P2 på positionen af M32. Placer et visitkort bag P2 som en skærm.
    6. Indstil P2 i den vinkel, der gør det muligt at polarisere pulsen ved 35,3° med hensyn til den lodrette akse til at passere gennem P2. Roter HWP3, indtil strålepletten på skærmen forsvinder helt. Udfør denne protokol for at eliminere effekten af molekylær reorientering på tidsklare målinger.
    7. Fjern P2. Placer M32 og afspejl strålen mod flowcellen (FC). Placer L10 i henhold til punkt 2.2.
  9. Opstart af flowcelle (figur 1E)
    1. Fastgør en 2 mm kvartsflowcelle til holderen. Tilslut hver ende af flowcellen til et pfa-rør (længde = ~500 mm; ydre diameter = 1/8 tommer) med et elastomerrør (længde = ~10 mm).
    2. Sæt røret fra bunden af flowcellen til et reservoir fyldt med en prøveopløsning. Fastgør røret fra toppen af flowcellen til magnetgearpumpens indløb.
    3. Fastgør et PFA-rør (længde = ~500 mm; ydre diameter = 1/8 tommer) til magnetgearpumpens udløb, og sæt den anden ende på beholderen.
    4. Placer flowcelleholderen i fokus på sondestrålen.
    5. Tænd for den magnetiske gearpumpe. Juster strømningshastigheden til ~ 20 ml/min ved hjælp af pumpekontrollen for at erstatte prøven i det oplyste volumen, før hver aktinisk pumpepuls når FC.

3. Softwaredrift

  1. Opsætning af detektor
    1. Åbn ruden Detektor. Klik på knappen Indinitial. Vent, indtil detektorinitialiseret indikator lyser.
    2. Skriv 40 i feltet Eksponeringstid (ms).
    3. Vælg IGA Lo Gain og IGA 280 kHz fra henholdsvis A/D-gevinst- og A/D-renterullemenuerne. IGA og A/D står for InGA'er og den analoge til digitale konverter.
    4. Klik på knappen Angiv under indikatoren Detektoropsætning. Bekræft, at indikatorlampen er tændt.
    5. Angiv udløserparameteren til Ekstern fra rullemenuen Udløserhændelse. Vælg Hver – For hver Acq- og TTL-opstandningskant i rullemenuen Trigger Edge. TTL står for transistor-transistor logik.
    6. Klik på knappen Angiv under indikatoren Udløsersæt. Bekræft, at indikatorlampen er tændt.
    7. Klik på knappen Læs nederst i ruden. Bekræft, at feltet Detektortemperatur (K) viser en værdi under 170 K. Hvis ikke, skal du vente, indtil temperaturen falder til under 170 K.
  2. Opsætning af spektrograf
    1. Åbn ruden Spektrograf. Klik på knappen Indinitial. Vent, indtil den spektrograf Initialiserede indikatorlys er tændt.
    2. Vælg 1. Riller 300 g/mm, Blaze Wavelength 2000 nm fra rullemenuen Rist. Klik på knappen Angiv i højre side af rullemenuen Grating.
    3. Angiv den midterste bølgelængde for spektrografen i feltet Flyt til, og klik på knappen Gå. Den midterste bølgelængde er typisk placeret mellem 1.380 og 1.430 nm, når spektrografen dækker fingeraftryksområdet for det stimulerede Raman-spektrum.
    4. Angiv en indgangsbredde i feltet Angiv indgang, og klik på knappen Angiv i højre side af boksen. Indgangsslidsbredden er typisk indstillet til 0,3 mm.
  3. Kontrolelement til faseposition
    1. Åbn ruden Vis udskrift. Angiv en værdi af ODL1-positionen i mikrometer i feltet SK Stage Position (μm). Boksen accepterer værdier fra 0 til 200.000 (μm). Klik på knappen Gå i højre side af feltet.
    2. Angiv en værdi af ODL2-positionen i 0,1 μm i feltet Anlægsstadiets position (1/10 μm). Boksen accepterer værdier fra -250.000 til 250.000 (x 1/10 μm). Klik på knappen Gå i højre side af feltet.
  4. Enkelt måling
    1. Angiv antallet af akkumuleringer for en enkelt måling af et spektrum i feltet Akkumulering. Boksen accepterer værdier fra 1 til 999.
    2. Luk indgangen til spektrografen ved at skubbe mellemgulvet bar til højre så langt som det kan bevæge sig. Klik på knappen Store Mørk. Åbn indgangen til spektrografen ved at trække mellemgulvet bar til venstre så langt som det kan bevæge sig.
    3. Markér feltet Gennemsnit for kun at få vist et gennemsnitligt resultat.
    4. Vælg Anskaf lysspektrum, og kontroller transient absorption fra rullelisten I Driftstilstand til måling af sondeintensiteter og måling af stimulerede Raman- eller forbigående absorptionsspektre.
    5. Klik på knappen Hent.
    6. Hvis du automatisk vil gentage målinger, skal du markere feltet Fortløbende og klikke på knappen Hent. Fjern markeringen i feltet Fortløbende for at stoppe de kontinuerlige målinger.
    7. Åbn fildialogboksen ved at klikke på mappeikonet. Dobbeltklik på en mappe for at gemme data. Angiv et filnavn med filtypenavnet ".txt", og klik på OK. Klik på knappen Gem.
  5. Tidsløst måling
    1. Åbn ruden Eksperimentér. Angiv et navn inden for 20 tegn, der kort beskriver et eksperiment (f.eks. navne på eksempler, betingelser) i feltet Eksperimentnavn.
    2. Åbn fildialogboksen ved at klikke på mappeikonet. Dobbeltklik på en mappe for at gemme data, og klik på OK.
    3. Angiv antallet af translationelle fasescanninger i feltet Antal scanninger.
    4. Vælg det translationelle stadie, der er scannet i eksperimentet, i rullemenuen Fase for scanning.
    5. Angiv en faseposition, hvor scanningen starter i feltet Fra i område A. Enheden og rækkevidden af de acceptable værdier afhænger af fasen (se afsnit 3.3).
    6. Angiv et interval mellem to på hinanden følgende trin i feltet Trin i område A. Intervallet på 1 μm i scenepositionen svarer til intervallet 6,7 fs i tidsforsinkelsen mellem den aktiniske (eller Raman) pumpe og sondeimpulser.
    7. Angiv antallet af scenepositioner i en scanning i feltet Punkter i område A.
    8. Hvis der kræves mere end ét interval i en enkelt scanning, skal du markere feltet Område B og gentage trin 3.5.5-3.5.7 for Område B. Tre intervaller kan indstilles ved hjælp af område A, Bog C.
    9. Start scanningerne ved at klikke på knappen Kør. Indikatorindikatoren Eksperimentkørsel tændes. Vent, indtil indikatorlyset slukkes.

4. Optimering af sondespektrum

  1. Placer stråle lossepladser i stierne af den aktiniske og Raman pumpebjælker. Indstil P1 i den vinkel, der gør det muligt for den vertikalt polariserede puls at passere gennem P1.
  2. Indstil antallet af akkumuleringer til at være 10 i henhold til trin 3.4.1. Opbevar det mørke signal i henhold til trin 3.4.2. Vælg Anskaf lysspektrum i henhold til trin 3.4.4.
  3. Kør kontinuerlige målinger i henhold til trin 3.4.6 for at få vist data. Maksimer detektortællerpå skærmen ved gradvist at rotere HWP1.
  4. Gradvist øge intensiteten af hændelsen puls ved at rotere VND1 indtil den maksimale og minimale detektor tæller nå omkring 30.000 og 4.000, henholdsvis. Hvis et stort oscillisk mønster begynder at blive observeret, skal du rotere VND1 i den modsatte retning, indtil mønsteret forsvinder.
  5. Stop de kontinuerlige målinger i henhold til trin 3.4.6.

5. Måling af stationært stimuleret Raman-spektre

  1. Rumlig overlapning af Raman pumpe og sonde impulser
    1. Fjern stråledumpet i Raman-pumpestrålestien. Placer den optiske helikopter (OC) i Raman pumpestrålestien.
    2. Anbring et sensorkort i nærheden af IR ved prøvepositionen. Juster retningen af Raman pumpestrålen ved at justere M21 i henhold til punkt 2.1, indtil pletterne af Raman-pumpen og sondestrålerne overlapper hinanden. Fjern sensorkortet.
  2. Tidsmæssige overlapning af Raman pumpe og sonde impulser
    1. Placer en InGaAs PIN-fotodiode på prøvepositionen, hvor Raman-pumpen og sondebjælkerne geografisk overlapper hinanden som følge af punkt 5.1.
    2. Tilslut fotodiodens signaludgang til et 500 MHz, 5 GS/s digitalt oscilloskop for at overvåge, når Raman-pumpen og sondeimpulserne ankommer til prøvepositionen.
    3. Indstil den vandrette skala af oscilloskopet til at være 1 ns / div.
    4. Læs signalintensitetens spidsbelastning for Raman-pumpen og sondeimpulserne, der blokerer den anden puls.
    5. Hvis der observeres en forskel i spidsbelastningstiden for de to impulser, justeres ODL2's position i henhold til punkt 3.3, indtil forskellen bliver mindre end 200 ps.
  3. Justering af den optiske helikopterrotationsfase
    1. Tilføj 40 ml cyclohexan til reservoiret. Begynd at flyde cyclohexan i henhold til trin 2.9.5.
    2. Indstil midtbølgelængden af spektrografen til at være 1.190 nm i henhold til trin 3.2.3 for at observere Rayleigh spredning af Raman pumpe puls.
    3. Indstil antallet af akkumuleringer til 10 i henhold til trin 3.4.1. Opbevar det mørke signal i henhold til trin 3.4.2.
    4. Vælg Kontroller forbigående absorption i henhold til trin 3.4.4.
    5. Kør kontinuerlige målinger i henhold til trin 3.4.6.
    6. Maksimer amplitude af den tilsyneladende forbigående absorption signal med det negative tegn på Raman pumpe bølgelængde, som stammer fra tilstedeværelsen og fraværet af den spredte Raman pumpe puls på grund af hakning, ved at justere rotationsfase af OC fra -180 °−170° på controllerens frontpanel.
    7. Stop de kontinuerlige målinger i henhold til trin 3.4.6.
  4. Maksimalisering af signal
    1. Indstil den midterste bølgelængde af spektrografen til at være 1.410 nm i henhold til trin 3.2.3 for at observere stimuleret Raman spektre.
    2. Kør kontinuerlige målinger i henhold til trin 3.4.6, og kontroller, om stimulerede Raman-bånd af cyclohexan observeres i displayet. Det stærkeste bånd af cyclohexan vises på 55th-58th pixels, når midten bølgelængde er sat til 1.410 nm.
    3. Hvis de stimulerede Raman-bånd ikke observeres, skal du prøve at ændre ODL2's position med ±15.000 μm ved 150 μm intervaller i henhold til punkt 3.3 og se, om de stimulerede Raman-bånd overholdes.
    4. Hvis de stimulerede Raman-bånd ikke observeres efter trin 5.4.3 udføres, skal du prøve trin 5.1.2 for at opnå den rumlige overlapning mellem Raman-pumpen og sondebjælkerne og gennemføre trin 5.4.2 igen.
    5. Når de stimulerede Raman-bånd er opdaget, maksimerebåndintensiteterne i displayet ved iterativt justere M21, den roterende fase af OC, og placeringen af ODL2.
    6. Stop de kontinuerlige målinger i henhold til trin 3.4.6.
  5. Måling
    1. Indstil antallet af akkumuleringer til 500 i henhold til trin 3.4.1. Opbevar det mørke signal i henhold til trin 3.4.2.
    2. Kør en enkelt måling i henhold til trin 3.4.5. Gem spektret i henhold til trin 3.4.7. Målingen gentages mindst 4gange.
    3. Fjern FC-indløbsrøret fra reservoiret, og vent, indtil strømmen afbrydes af luften. Minimer spændingen ved den magnetiske gearpumpe.
    4. Udskift indholdet af reservoiret med den, der er fyldt med 100 ml frisk acetone.
    5. Indløbs- og udløbsrørene ind i reservoiret og tom kolbe. Start den magnetiske gearpumpe i henhold til trin 2.9.5 og lad toluen flyde gennem FC.
    6. Vent, indtil strømmen afbrydes af luften. Minimer spændingen ved den magnetiske gearpumpe.
    7. Gentag trin 5.5.4-5.5.6 mindst 2x.
    8. Tilføj 40 ml acetone til reservoiret. Begynd at flyde acetone i henhold til trin 2.9.5.
    9. Optag det stimulerede Raman spektrum af acetone i henhold til trin 5.5.2.
    10. Fjern acetone fra FC i henhold til trin 5.5.3.
    11. Gentag trin 5.5.4-5.5.10 ved hjælp af toluen i stedet for acetone.

6. Måling af tidsløst absorptionsspektre

  1. Tøm beholderen, og tilsæt 25 ml toluenopløsning af β-caroten med en koncentration på 1 x 10-4 mol dm-3. Begynd at flyde prøveopløsningen i henhold til trin 2.9.5.
  2. Placer OC i den aktiniske pumpe stråle sti.
  3. Flyt stråledumpet fra stien til den aktiverende pumpestråle til Raman-pumpestrålens.
  4. Fysisk overlapper den aktiverende pumpe og sondestrålerne ved prøvepositionen i henhold til trin 5.1.2 ved hjælp af et visitkort i stedet for det nær-IR sensorkort.
  5. Tidsmæssigt overlapper de to bjælker ved prøvepositionen i henhold til punkt 5.2 ved hjælp af en Si PIN-fotodiode i stedet for InGaAs PIN-fotodioden.
  6. Indstil antallet af akkumuleringer til at være 10 i henhold til trin 3.4.1. Opbevar det mørke signal i henhold til trin 3.4.2.
  7. Vælg Kontroller forbigående absorption i henhold til trin 3.4.4.
  8. Kør kontinuerlige målinger i henhold til trin 3.4.6, og kontroller, om den forbigående absorption af β-caroten observeres i displayet. Absorptionsbåndet vises med en form, der falder monotont mod længere bølgelængder (den næstlaveste spændte singlet tilstand, S2) ellermed to maxima på omkring 0.
  9. Hvis den forbigående absorption ikke observeres, skal du prøve at ændre ODL1's position med ±15.000 μm ved 150 μm intervaller i henhold til punkt 3.3.
  10. Hvis der ikke observeres et absorptionsbånd, efter trin 6.9 udføres, skal du prøve trin 6.4 for at opnå den rumlige overlapning mellem den aktiverende pumpe og sondestrålerne.
  11. Maksimer absorptionsintensiteten ved at justere M32, når det forbigående absorptionsbånd er påvist.
  12. Stop de kontinuerlige målinger i henhold til trin 3.4.6.
  13. OdL1's position nedsættes i henhold til punkt 3.3, indtil den forbigående absorption forsvinder helt.

7. Måling af tidsløst stimuleret Raman-spektre

  1. Placer OC i Raman pumpe stråle sti. Fjern stråledumpet fra Raman-pumpestrålestien.
  2. Indstil antallet af akkumuleringer til 200 i henhold til trin 3.4.1. Opbevar det mørke signal i henhold til trin 3.4.2.
  3. Kør et tidsløst eksperiment i henhold til afsnit 3.5. Vælg SK-stadieti trin 3.5.4 . Indstil startværdien af område A til at være mindre med ca. 50 μm end den position, hvor det forbigående absorptionssignal forsvandt i trin 6.13.

8. Raman skift kalibrering

  1. Beregne gennemsnittet af de fire stimulerede Raman spektre for cyclohexan, acetone, og toluen registreres i afsnit 5 ved hjælp af dataanalyse software efter eget valg.
  2. Den gennemsnitlige stimulerede Raman-spektre af opløsningsmidlerne afbildes i forhold til Pixelnummeret på InGaAs-arraydetektoren.
  3. Anslå spidsbelastningspositionerne for opløsningsmidlernes stimulerede Raman-bånd ved hjælp af mindst kvadrater, der passer til lorentzian-funktionerne. Hvis funktionen Lorentzian ikke er tilgængelig, skal du i stedet bruge en polynomial funktion.
  4. Plotte peak wavenumbers af Raman bands af opløsningsmidler i en referencebog (f.eks Hamaguchi og Iwata34)mod de anslåede spidsbelastningspositioner i pixelantallet.
  5. Anskaf en kalibreringsfunktion mellem Raman-skiftet og pixelnummeret ved hjælp af den mindst firkantede monteringsanalyse med en anden- eller tredjegrads polynomial funktion.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Femtosekund tidsløst nær-IR stimuleret Raman spektroskopi blev anvendt til β-caroten i toluen opløsning. Koncentrationen af prøven var 1 x 10-4 mol dm-3. Prøven blev fotoophidset af den aktiniske pumpepuls ved 480 nm med en pulsenergi på 1 μJ. Tidsløst stimuleret Raman-spektre af β-caroten i toluen er vist i figur 2A. Den rå spektre indeholdt stærke Raman bands af opløsningsmiddel toluen og en svag Raman bånd af β-caroten i jorden tilstand samt Raman bands af fotoexcited β-caroten. De blev trukket fra ved hjælp af det stimulerede Raman spektrum af samme opløsning på 1 ps før fotoexcitation. Spektren efter subtraktionen (figur 2B) viste forvrængede basislinjer, der skyldes absorption af fotospændt β-caroten og/eller andre ikke-lineære optiske processer. Grundlinjerne blev flade, efter at de var blevet korrigeret med polynomiale funktioner (figur 2C).

Den tidsløse stimulerede Raman spektre af β-caroten viste to stærke bånd i 1.400-1.800 cm-1 region (figur 2C). En bred stimuleret Raman band på 0 ps blev tildelt den in-fase C = C stretch vibration af S2 β-caroten. Dens spidsbelastning blev anslået til at være 1.556 cm-1. Den in-fase C = C stretch band af S1 β-caroten dukkede op som S2 C = C stretch band henfaldet. Toppositionen for S1 C=C-strækningsbåndet blev forrykket med 8 cm-1 fra 0,12 til 5 ps (Figur 2D). Tidskonstanten for opturen blev anslået til 0,9 ps. Opturen stammer fra en vibrationel energiomfordeling i S1 β-caroten2,3.

Figure 1
Figur 1: Instrumentdiagrammer. (A) Blokdiagrammet for et femtosekund tidsløst nær-IR stimulerede Raman-spektrometeret. Ti:S = Tilstandslåst Ti:safirlasersystem; BS = Beamsplitter; OPA = Optisk parametrisk forstærker; BBO = β-Barium borrate krystal; OC = Optisk helikopter; ODL = Optisk forsinkelseslinje; BPF = Volumen-rist reflekterende båndføringsfilter; SP = Safirplade; FC = Flowcelle; M = Spejl; CM = Konkavt spejl; L = Linse; I = Iris; P = Polarisator; HWP = Halvbølgeplade; F = Farveglasfilter; VND = Variabeloptisk tæthedsfilter. Tallet er tilpasset fra Takaya11 med tilladelse fra PCCP Ejerforeninger. (B) Fire konfigurationer af en spejlholder. V, H og S repræsenterer henholdsvis den lodrette justeringsknap, den vandrette justeringsknap og støtten. Se afsnit 2.1 for at få flere oplysninger. (C) Et skema af laserstrålejustering. m = Spejl; i = Iris. Se afsnit 2.3 for at få flere oplysninger. (D) Et skema med optisk forsinkelseslinjejustering. m = Spejl; i = Iris. Se afsnit 2.4 for at få flere oplysninger. (E) Struktur af en flowcelleholder. Se afsnit 2.9 for at få flere oplysninger. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: Femtosekund tidsløst nær-IR stimuleret Raman spektre. (A) Femtosekund tidsløst nær-IR stimuleret Raman spektre af β-caroten i toluen med den aktiniske pumpe bølgelængde på 480 nm. Raman bånd af toluen og β-caroten i jorden tilstand er angivet med cirkler og en trekant, henholdsvis. (B) Femtosekund tidsløst nær-IR stimuleret Raman spektre af β-caroten i toluen efter Raman bands af toluen og β-caroten i jorden tilstand trækkes fra. Spektrenes basislinjer var udstyret med polynomielle funktioner (brudte spor). (C) Femtosekund tidsbestemt nær-IR stimuleret Raman spektre af β-caroten i toluen efter baseline korrektion. (D) Spidsbelastningspositionerne for det indfasede C=C-strækningsbånd i S1-tilstanden, der er afbildet i forhold til tidsforsinkelsen. C =C-strækbåndene var udstyret med en gausisk funktion til at anslå deres spidspositioner. Den bedst monterede kurve til skiftet af S1 C = C stretch band (solid trace) blev opnået ved de mindst-firkanter montering analyse med en eksponentiel funktion. Klik her for at se en større version af denne figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Afgørende faktorer i femtosekund tidsløst nær-IR multiplex stimuleret Raman måling
For at opnå tidsløst nær-IR stimuleret Raman spektre med et højt signal-til-støj-forhold, bør sondespektret ideelt set have ensartet intensitet i hele bølgelængdeområdet. Produktion af kontinuum med hvidt lys (afsnit 2.5) er derfor en af de mest afgørende dele af tidsløst nær-IR stimuleret Raman eksperimenter. Generelt bliver sondespektret bredt og fladt, efterhånden som intensiteten af hændelsesstrålen øges. En højstråleintensitet producerer dog let uønskede ikke-lineære optiske effekter end produktionen af det hvide lys. I værste fald giver de ikke-lineære virkninger sondespektret et stort intensitetsudsving og et oscillerende mønster, der reducerer signal-støj-forholdet mellem stimuleret Raman-spektre betydeligt. Figur 2C viser, hvordan det oscillerende mønster påvirker spektre. Det viser oscillatory mønstre fra -0,30 til 4 ps, men mønstrene vises kun svagt, med en peak-to-peak amplitude på 1 x 10-4,som hvidt lys generation er omhyggeligt optimeret. En anden uønsket effekt på sondespektret kan leveres af vanddamp i luften2,11. Effekten af vanddamp kan undgås, hvis en del af spektrometeret, herunder det hvide lys generation optik, prøve, og spektrograf, er sat i et kammer fyldt med tørt kvælstof.

Nøjagtigheden af Raman-skiftkalibrering
Som beskrevet i afsnit 8 kalibrerer vi Raman-skifteaksen ved hjælp af den mindst firkantede monteringsanalyse af opløsningsmiddelbåndenes spidsbelastning i Raman-skift i forhold til dem i detektorens pixelnummer med en polynomiel funktion. Vi mener, at denne protokol fungerer godt, så længe Raman pumpe bølgelængde ikke kan bestemmes med høj nøjagtighed. Det er tilfældet for vores spektrometer, fordi hver pixel af vores detektor dækker så stor som 3,5 cm-1 på omkring bølgenummeret af Raman pumpepulsen. Opløsningsmidlerne skal dog vælges således, at alle prøvefordrejer, stimulerede Raman-bånd, forekommer mellem opløsningsmiddelbåndenes højeste og laveste bølgetal (punkt 8). Raman-skiftekalibreringskurven mister sin nøjagtighed ud over opløsningsbåndenes rækkevidde. I figur 2, en Raman band af S1 β-caroten i toluen, på 1.785 cm-1, vises ud over den højeste bølgenummer af opløsningsmiddel bånd, 1.710 cm-1. Vi har bekræftet , at spidsbelastningspositionen er godt enig i den position i benzen bestemt af picosekund tidsløst spontan Raman spektroskopi35,36.

Effektiviteten og perspektivet af femtosekund tidsløst nær-IR multiplex stimuleret Raman spektrometer
Det er blevet påvist, at femtosekund tidsløst nær-IR multiplex stimuleret Raman spektrometer kan observere stimuleret Raman spektre, som giver oplysninger næsten svarende til spontanraman spektre af kortlivede arter med nær-IR Overgange. Små forskelle i et bånds spidsbelastning kan påvises med spektrometeret på grund af dets tilstrækkelig høje følsomhed. Spektrometeret vil gælde for en bred vifte af π-konjugatsystemer fra simple aromatiske molekyler til fotoledende polymerer. Stationære nær-IR multiplex stimuleret Raman spektroskopi er også et kraftfuldt værktøj til at observere molekylære vibrationer uden fluorescens interferens fra prøven, fordi energien i nær-IR fotoner er generelt meget lavere end den elektroniske overgangsenergi af molekyler fra den laveste spændte singlet tilstand til jorden tilstand. Spektrometeret vil gælde for in vivo observation af den strukturelle dynamik i biologiske systemer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har intet at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af JSPS KAKENHI Grant Numbers JP24750023, JP24350012, MEXT KAKENHI Grant Numbers JP26104534, JP16H00850, JP26102541, JP16H00782 og MEXT-Supported Program for Strategic Research Foundation ved Private Universities, 2015-2019.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1-Axis Translational Stage OptSigma TSD-401S Products equivalent to this are used as well; for M22, L9, and CM in Figure 1A
20-cm Optical Delay Line OptSigma SGSP26-200 ODL1 in Figure 1A
3-Axis Translational Stage OptSigma TSD-405SL For L8 in Figure 1A
3-Axis Translational Stage Suruga Seiki B72-40C For FC in Figure 1A
5-cm Optical Delay Line PMT HRS-0050 ODL2 in Figure 1A
Al Concave Mirror Thorlabs CM254-050-G01 Focal length: 50 mm; CM in Figure 1A
Base Plate Suruga Seiki A21-6 Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM, and FC in Figure 1A
BBO Crystal EKSMA Optics - Type 1, θ = 23.2 deg; BBO in Figure 1A
BK7 Plano-Concave Lens OptSigma SLB-25.4-50NIR2 Focal length: 50 mm; IR anti-reflection coating; L6 in Figure 1A
BK7 Plano-Convex Lens OptSigma SLB-25.4-150PIR2 Focal length: 150 mm; IR anti-reflection coating; L2, L3, L5 in Figure 1A
BK7 Plano-Convex Lens OptSigma SLB-25.4-100PIR2 Focal length: 100 mm; IR anti-reflection coating; L4 in Figure 1A
BK7 Plano-Convex Lens OptSigma SLB-25.4-200PIR2 Focal length: 200 mm; IR anti-reflection coating; L7 in Figure 1A
Broadband Dielectric Mirror OptSigma TFMS-25.4C05-2/7 M22-M25, M28, M29 in Figure 1A
Broadband Dielectric Mirror Precision Photonics (Advanced Thin Films) - M26, M27, M30-M32 in Figure 1A
Broadband Half-Wave Plate CryLight - HWP3 in Figure 1A
Color Glass Filter HOYA IR85 F1 in Figure 1A
Color Glass Filter HOYA RM100 F2 in Figure 1A
Color Glass Filter Schott BG39 F3 in Figure 1A
Computer Dell Vostro 200 Mini Tower OS: Windows XP
Cyclohexane Kanto Kagaku 07547-1B HPLC grade
Data Analysis Software Wavemetrics Igor Pro 8
Dielectric Beamsplitter LAYERTEC - Reflection : Transmission = 2 : 1; BS1 in Figure 1A
Dielectric Beamsplitter LAYERTEC - Reflection : Transmission = 1 : 1; BS2, BS3 in Figure 1A
Dielectric Mirror Precision Photonics
(Advanced Thin Films)		 - M1-M8 in Figure 1A
Digital Oscilloscope Tektronix TDS3054B 500 MHz, 5 GS/s
Elastomer Tube - - Figure 1E
Femtosecond Ti:sapphire Oscillator Coherent Vitesse 800-2 Wavelength: 800 nm, pulse duration: 100 fs, average power: 280 mW, repetition rate: 80 MHz; included in Ti:S in Figure 1A
Femtosecond Ti:sapphire Regenerative Amplifier Coherent Legend-Elite-F-HE Wavelength: 800 nm, pulse duration: 100 fs, pulse energy: 3.5 mJ, repetition rate: 1 kHz; included in Ti:S in Figure 1A
Film Polarizer OptSigma SPFN-30C-26 P1 in Figure 1A
Glan-Taylor Prism OptSigma GYPB-10-10SN-3/7 P2 in Figure 1A
Gold Mirror OptSigma TFG-25C05-10 M9-M21 in Figure 1A
Half-Wave Plate OptSigma WPQ-7800-2M HWP1 in Figure 1A
Harmonic Separator Coherent TOPAS-C HRs 410-540 nm HS in Figure 1A
InGaAs Array Detector Horiba Symphony-IGA-512X1-50-1700-1LS 512 ch, Liquid nitrogen cooled
InGaAs PIN Photodiode Hamamatsu Photonics G10899-01K
IR Half-Wave Plate OptiSource - HWP2 in Figure 1A
Iris Suruga Seiki F74-3N Products equivalent to this are used as well; I1-I17 in Figure 1A
Lens Holder OptSigma LHF-25.4S Products equivalent to this are used as well; for L1-L10 in Figure 1A
Magnetic Gear Pump Micropump 184-415
Mirror Mount Siskiyou IM100.C2M6R Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, BBO, CM in Figure 1A
near-IR phosphor card Thorlabs VRC2
Nut - - Figure 1E, M4; purchased from a DIY store
Optical Chopper New Focus 3501 OC in Figure 1A
Optical Parametric Amplifier Coherent OPerA-F OPA1 in Figure 1A
Optical Parametric Amplifier Coherent TOPAS-C OPA2 in Figure 1A
Polarizer Holder OptSigma PH-30-ARS Products equivalent to this are used as well; for P1-P2 and HWP1-3 In Figure 1A
Polyfluoroacetate Tube - - Figure 1E
Post Holder OptSigma BRS-12-80 Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM, and FC in Figure 1A
Quartz Flow Cell Tosoh Quartz T-70-UV-2 FC in Figure 1A
Quartz Plano-Concave Lens OptSigma SLSQ-25-50N Focal length: 50 mm; L8 in Figure 1A
Quartz Plano-Convex Lens OptSigma SLSQ-25-100P Focal length: 100 mm; L1, L9 in Figure 1A
Quartz Plano-Convex Lens OptSigma SLSQ-25-220P Focal length: 220 mm; L10 in Figure 1A
Sapphire Plate Pier Optics - 3 mm thick; SP in Figure 1A
Si PIN Photodiode Hamamatsu Photonics S3883
Single Spectrograph Horiba Jobin Yvon iHR320 Focal length: 32 cm
Stainless Steel Rod Suruga Seiki A41-100 Products equivalent to this are used as well; for M1-M32, BS1-BS3, L1-L10, I1-I17, P1-P2, HWP1-3, F1-F3, VND1-VND2, OC, BPF, HS, BBO, SP, CM, and FC in Figure 1A
Stainless Steel Rod Newport J-SP-2 Figure 1E
Toluene Kanto Kagaku 40180-1B HPLC grade
U-Shaped Steel Plate - - Figure 1E; purchased from a DIY store
Variable Neutral Density Filter (with a holder) OptSigma NDHN-100 VND1 in Figure 1A
Variable Neutral Density Filter (with a holder) OptSigma NDHN-U100 VND2 in Figure 1A
Visual Programming Language National Instruments LabVIEW 2009 The control software in this study is programmed in LabVIEW 2009
Volume-Grating Bandpass Filter OptiGrate BPF-1190 BPF in Figure 1A
β-Carotene Wako Pure Chemical Industries 035-05531

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Takaya, T., Iwata, K. Relaxation Mechanism of β-Carotene from S2 (1Bu+) State to S1 (2Ag-) State: Femtosecond Time-Resolved Near-IR Absorption and Stimulated Resonance Raman Studies in 900-1550 nm Region. Journal of Physical Chemistry A. 118 (23), 4071-4078 (2014).
  3. Takaya, T., Anan, M., Iwata, K. Vibrational Relaxation Dynamics of β-Carotene and Its Derivatives with Substituents on Terminal Rings in Electronically Excited States as Studied by Femtosecond Time-Resolved Stimulated Raman Spectroscopy in the Near-IR Region. Physical Chemistry Chemical Physics. 20 (5), 3320-3327 (2017).
  4. Guo, J., Ohkita, H., Benten, H., Ito, S. Near-IR Femtosecond Transient Absorption Spectroscopy of Ultrafast Polaron and Triplet Exciton Formation in Polythiophene Films with Different Regioregularities. Journal of the American Chemical Society. 131 (46), (2009).
  5. Hwang, I. -W., et al. Carrier Generation and Transport in Bulk Heterojunction Films Processed with 1,8-Octanedithiol as a Processing Additive. Journal of Applied Physics. 104 (3), 033706 (2008).
  6. Yonezawa, K., Kamioka, H., Yasuda, T., Han, L., Moritomo, Y. Fast Carrier Formation from Acceptor Exciton in Low-Gap Organic Photovoltaic. Applied Physics Express. 5 (4), 042302 (2012).
  7. Takaya, T., Enokida, I., Furukawa, Y., Iwata, K. Direct Observation of Structure and Dynamics of Photogenerated Charge Carriers in Poly(3-hexylthiophene) Films by Femtosecond Time-Resolved Near-IR Inverse Raman Spectroscopy. Molecules. 24 (3), 431 (2019).
  8. Clafton, S. N., Huang, D. M., Massey, W. R., Kee, T. W. Femtosecond Dynamics of Excitons and Hole-Polarons in Composite P3HT/PCBM Nanoparticles. Journal of Physical Chemistry B. 117 (16), 4626-4633 (2013).
  9. Cook, S., Furube, A., Katoh, R. Analysis of the Excited States of Regioregular Polythiophene P3HT. Energy & Environmental Science. 1 (2), 294-299 (2008).
  10. Okino, S., Takaya, T., Iwata, K. Femtosecond Time-Resolved Near-Infrared Spectroscopy of Oligothiophenes and Polythiophene: Energy Location and Effective Conjugation Length of Their Low-Lying Excited States. Chemistry Letters. 44 (8), 1059-1061 (2015).
  11. Takaya, T., Iwata, K. Development of a Femtosecond Time-Resolved Near-IR Multiplex Stimulated Raman Spectrometer in Resonance with Transitions in the 900-1550 nm Region. Analyst. 141 (14), 4283-4292 (2016).
  12. Jas, G. S., Wan, C., Johnson, C. K. Picosecond Time-Resolved Fourier Transform Raman Spectroscopy of 9,10-Diphenylanthracene in the Excited Singlet State. Applied Spectroscopy. 49 (5), 645-649 (1995).
  13. Jas, G. S., Wan, C., Kuczera, K., Johnson, C. K. Picosecond Time-Resolved Fourier-Transform Raman Spectroscopy and Normal-Mode Analysis of the Ground State and Singlet Excited State of Anthracene. Journal of Physical Chemistry. 100 (29), 11857-11862 (1996).
  14. Sakamoto, A., Okamoto, H., Tasumi, M. Observation of Picosecond Transient Raman Spectra by Asynchronous Fourier Transform Raman Spectroscopy. Applied Spectroscopy. 52 (1), 76-81 (1998).
  15. Sakamoto, A., Matsuno, S., Tasumi, M. Construction of Picosecond Time-Resolved Raman Spectrometers with Near-Infrared Excitation. Journal of Raman Spectroscopy. 37 (1-3), 429-435 (2006).
  16. Sakamoto, A., Matsuno, S., Tasumi, M. Picosecond Near-Infrared Excited Transient Raman Spectra of β-Carotene in the Excited S2 State: Solvent Effects on the in-Phase C=C Stretching Band and Vibronic Coupling. Journal of Molecular Structure. 976 (1-3), 310-313 (2010).
  17. Yoshizawa, M., Kurosawa, M. Femtosecond Time-Resolved Raman Spectroscopy Using Stimulated Raman Scattering. Physical Review A. 61 (1), 013808 (2000).
  18. Yoshizawa, M., Kubo, M., Kurosawa, M. Ultrafast Photoisomerization in DCM Dye Observed by New Femtosecond Raman Spectroscopy. Journal of Luminescence. 87-89, 739-741 (2000).
  19. Yoshizawa, M., Aoki, H., Hashimoto, H. Vibrational Relaxation of the 2Ag– Excited State in All-Trans-β-Carotene Obtained by Femtosecond Time-Resolved Raman Spectroscopy. Physical Review B. 63 (18), 180301 (2001).
  20. McCamant, D. W., Kukura, P., Mathies, R. A. Femtosecond Broadband Stimulated Raman: A New Approach for High-Performance Vibrational Spectroscopy. Applied Spectroscopy. 57 (11), 1317-1323 (2003).
  21. McCamant, D. W., Kukura, P., Yoon, S., Mathies, R. A. Femtosecond Broadband Stimulated Raman Spectroscopy: Apparatus and Methods. Review of Scientific Instruments. 75 (11), 4971-4980 (2004).
  22. Kukura, P., McCamant, D. W., Mathies, R. A. Femtosecond Stimulated Raman Spectroscopy. Annual Review of Physical Chemistry. 58, 461-488 (2007).
  23. Laimgruber, S., Schachenmayr, H., Schmidt, B., Zinth, W., Gilch, P. A Femtosecond Stimulated Raman Spectrograph for the Near Ultraviolet. Applied Physics B. 85 (4), 557-564 (2006).
  24. Umapathy, S., Lakshmanna, A., Mallick, B. Ultrafast Raman Loss Spectroscopy. Journal of Raman Spectroscopy. 40 (3), 235-237 (2009).
  25. Mallick, B., Lakshmanna, A., Umapathy, S. Ultrafast Raman Loss Spectroscopy (URLS): Instrumentation and Principle. Journal of Raman Spectroscopy. 42 (10), 1883-1890 (2011).
  26. Kloz, M., van Grondelle, R., Kennis, J. T. M. Wavelength-Modulated Femtosecond Stimulated Raman Spectroscopy-Approach towards Automatic Data Processing. Physical Chemistry Chemical Physics. 13 (40), 18123-18133 (2011).
  27. Kloz, M., Weißenborn, J., Polívka, T., Frank, H. A., Kennis, J. T. M. Spectral Watermarking in Femtosecond Stimulated Raman Spectroscopy: Resolving the Nature of the Carotenoid S* State. Physical Chemistry Chemical Physics. 18 (21), 14619-14628 (2016).
  28. Kuramochi, H., Takeuchi, S., Tahara, T. Ultrafast Structural Evolution of Photoactive Yellow Protein Chromophore Revealed by Ultraviolet Resonance Femtosecond Stimulated Raman Spectroscopy. Journal of Physical Chemistry Letters. 3 (15), 2025-2029 (2012).
  29. Wang, S., et al. Dynamic High Pressure Induced Strong and Weak Hydrogen Bonds Enhanced by Pre-Resonance Stimulated Raman Scattering in Liquid Water. Optics Express. 25 (25), 31670-31677 (2017).
  30. Ashner, M. N., Tisdale, W. A. High Repetition-Rate Femtosecond Stimulated Raman Spectroscopy with Fast Acquisition. Optics Express. 26 (14), 18331-18340 (2018).
  31. Quincy, T. J., Barclay, M. S., Caricato, M., Elles, C. G. Probing Dynamics in Higher-Lying Electronic States with Resonance-Enhanced Femtosecond Stimulated Raman Spectroscopy. Journal of Physical Chemistry A. 122 (42), 8308-8319 (2018).
  32. Taylor, M. A., et al. Delayed Vibrational Modulation of the Solvated GFP Chromophore into a Conical Intersection. Physical Chemistry Chemical Physics. 21 (19), 9728-9739 (2019).
  33. Cassabaum, A. A., Silva, W. R., Rich, C. C., Frontiera, R. R. Orientation and Polarization Dependence of Ground- and Excited-State FSRS in Crystalline Betaine-30. Journal of Physical Chemistry C. 123 (20), 12563-12572 (2019).
  34. Raman Spectroscopy (The Spectroscopical Society of Japan, Spectroscopy Series 1). Hamaguchi, H., Iwata, K. , Kodansha. Tokyo, Japan. (2015).
  35. Hashimoto, H., Koyama, Y. The C=C Stretching Raman Lines of β-Carotene Isomers in the S1 State as Detected by Pump-Probe Resonance Raman Spectroscopy. Chemical Physics Letters. 154 (4), 321-325 (1989).
  36. Noguchi, T., Hayashi, H., Tasumi, M., Atkinson, G. H. Solvent Effects on the ag C=C Stretching Mode in the 21Ag- Excited State of β-Carotene and Two Derivatives: Picosecond Time-Resolved Resonance Raman Spectroscopy. Journal of Physical Chemistry. 95 (8), 3167-3172 (1991).

Tags

Kemi laserspektroskopi nær-infrarød stimuleret Raman spredning femtosekund pumpe-sonde teknik π-konjugat carotenoider vibrationelle energi omfordeling
Ultrahurtig Tidsløst Nær-IR stimuleret Raman Målinger af funktionelle π-konjugatsystemer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Takaya, T., Iwata, K. Ultrafast… More

Takaya, T., Iwata, K. Ultrafast Time-resolved Near-IR Stimulated Raman Measurements of Functional π-conjugate Systems. J. Vis. Exp. (156), e60437, doi:10.3791/60437 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter