פירוט של יצירת אותות ואופטימיזציה, מדידה, רכישת נתונים, וטיפול בנתונים עבור הסדר השני הנפתר באמצעות הזמן הקרוב-IR ספקטרומטר ראמאן מתוארים. כמעט אינפרא אדום מגורה מחקר ראמאן על הדינמיקה המדינה נרגש של β-קרוטן ב טולואן מוצג כיישום נציג.
הזמן השני נפתר בפעם השנייה מגורה ספקטרוסקופית ראמאן היא שיטה מבטיחה להתבונן בדינמיקה המבנית של מעברים קצרי-חיים עם המעברים הסמוכים לאינפרא-אדום (ליד-IR), משום שהוא יכול להתגבר על הרגישות הנמוכה של הספקטרומטרים הספונטניים של ראמאן באזור הקרוב-IR. כאן, אנו מתארים פרטים טכניים של מולטיפלקס בזמן-רב שנפתרה בקרבת מכאן-IR הגירוי ספקטרומטר ראמאן שפיתחנו לאחרונה. מסופק גם תיאור של יצירת אותות ואופטימיזציה, מדידה, רכישת נתונים וכיול ותיקון של נתונים מוקלטים. אנו מציגים יישום של ספקטרומטר שלנו כדי לנתח את הדינמיקה של המדינה נרגש של β-קרוטן בפתרון טולואן. C = C הלהקה מתיחה של β-קרוטן במצב השני הנרגש ביותר (S2) המדינה ו-הנרגש ביותר (s1) המדינה היא נצפתה בבירור בזמן מוקלט החליט מגורה ראמאן ספקטרה. הפעם השנייה, שנפתרה ליד-IR, מעוררת ספקטרומטר ראמאן, ישימה בדינמיקה המבנית של מערכות π המשלים ממולקולות פשוטות לחומרים מורכבים.
ספקטרוסקופית ראמאן הוא כלי רב עוצמה ורב תכליתי לחקירת מבנים של מולקולות במגוון רחב של דגימות מגזים פשוטים, נוזלים, ומוצקים לחומרים פונקציונליים ומערכות ביולוגיות. פיזור ראמאן משופר באופן משמעותי כאשר אנרגיית הפוטון של אור עירור בקנה אחד עם אנרגיית המעבר האלקטרוני של מולקולה. אפקט ראמאן התהודה מאפשר לנו באופן סלקטיבי להתבונן בספקטרום ראמאן של מין במדגם המורכב סוגים רבים של מולקולות. קרוב-IR מעברים אלקטרוניים מושכים תשומת לב רבה כמו בדיקה לחקירת הדינמיקה המדינה נרגש של מולקולות עם מבנים גדולים π מעלה. האנרגיה והחיים של המדינה הנרגש הנמוך ביותר של המחוז כבר נקבע עבור מספר קרוטנואידים, אשר יש שרשרת polyene חד-מימדי ארוך1,2,3. הדינמיקה של ההתרגשות הנייטרלית והטעונה נחקרו בהרחבה עבור פולימרים פוטו שונים בסרטים4,5,6,7, חלקיקים8, ופתרונות9,10,11. מידע מפורט על המבנים של הארעיות יהיה השגה אם הזמן נפתר באמצעות ספקטרוסקופיית ראמאן הנמצא ליד IR מוחל על מערכות אלה. רק מחקרים מעטים, עם זאת, דווחו על הזמן שנפתר ליד IR ראמאן ספקטרוסקופיית12,13,14,15,16, כי הרגישות של קרוב-IR ראמאן ממטרים הוא נמוך מאוד. רגישות נמוכה בעיקר מקורו בהסתברות נמוכה של פיזור קרוב-IR ראמאן. ההסתברות של הפיזור ראמאן ספונטנית הוא פרופורציונלי ωiωs3, שם ωi ו ωs הם התדרים של אור עירור ואת אור פיזור ראמאן, בהתאמה. בנוסף, גלאי מסחרית זמין בקרבת IR יש רגישות נמוכה בהרבה מאשר גלאי CCD לתפקד באזורים UV וגלויים.
הזמן השני הנפתר בפעם השנייה מגורה ספקטרוסקופיית התפתחה כשיטה חדשה של התבוננות בשינויים תלויי זמן של להקות ויברציה של ראמאן פעילים מעבר לגבול לכאורה של הגבלת שינוי פורייה של פעימת לייזר17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28 ,29,30,31,32,33. פיזור ראמאן מגורה נוצרת על ידי הקרנה של שני פולסים לייזר: משאבת ראמאן ופולסים בדיקה. כאן מניחים כי הדופק משאבת ראמאן יש תדר גדול יותר מאשר דופק הבדיקה. כאשר ההבדל בין התדרים של משאבת ראמאן ופולסים בדיקה בקנה אחד עם תדירות של רטט מולקולרי הפעיל ראמאן, הרטט הוא נרגש בעקשנות עבור מספר רב של מולקולות בנפח הקרינה. פולריזציה לא לינארית הנגרמת על ידי רטט מולקולרי קוהרנטי מגביר את השדה החשמלי של הדופק בדיקה. טכניקה זו היא רבת עוצמה במיוחד עבור כמעט IR ספקטרוסקופית ראמאן, כי גירוי פיזור ראמאן יכול לפתור את הבעיה של רגישות של זמן שנפתר ליד IR ספונטנית ספקטרומטרים ראמאן. פיזור ראמאן מגורה מזוהה כשינויי עוצמה של הדופק בדיקה. גם אם גלאי קרוב-IR יש רגישות נמוכה, מגורה פיזור ראמאן יזוהו כאשר עוצמת הבדיקה גדל מספיק. ההסתברות של מגורה פיזור ראמאן הוא פרופורציונלי ωRPωSRS, שם ωRP ו ωSRS הם התדרים של הדופק משאבת ראמאן ו מגורה פיזור ראמאן, בהתאמה20. התדרים עבור גירוי הפיזור ראמאן, ωRP ו ωSRS, הם שווי ערך ωi ו ωs עבור פיזור ראמאן ספונטנית, בהתאמה. פיתחנו לאחרונה בפעם השנייה לפתור בדיקת מערכת באמצעות-IR ספקטרומטר מעורר גירוי מגורה לחקור את המבנים והדינמיקה של משני הπ משני מערכות המשלים במערכות משניות2,3,7,10. במאמר זה, אנו מציגים את הפרטים הטכניים של שלנו בפעם השנייה שפתרתי באמצעות מולטיר הקרוב-IR גירוי ספקטרומטר ראמאן. יישור אופטי, רכישת זמן שנפתר והוא מגורה ספקטרום ראמאן, וכיול ותיקון של ספקטרום מוקלט מתוארים. הדינמיקה מדינה נרגשת של β-קרוטן בפתרון טולואן הוא למד כיישום מייצג של ספקטרומטר.
גורמים מכריעים בפעם השנייה ביותר, הנפתרות באמצעות מולטיקיר, מגירוי מדידה ראמאן
כדי להשיג זמן שנפתר ליד IR מגורה ספקטרום ראמאן עם יחס אות לרעש גבוה, ספקטרום הבדיקה צריך באופן אידיאלי יש עוצמה אחידה בטווח אורך הגל כולו. הדור הלבן אור הרצף (סעיף 2.5) הוא, לפיכך, אחד החלקים הקריטיים ביו?…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכת על ידי JSPS KAKENHI גרנט מספרים JP24750023, JP24350012, MEXT KAKENHI גרנט מספרים JP26104534, JP16H00850, JP26102541, JP16H00782, ו MEXT-תמיכה בתוכנית הקרן למחקר אסטרטגי באוניברסיטאות פרטיות, 2015 – 2019.
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 |