Summary

अल्ट्राफास्ट टाइम-हल के पास-आईआर कार्यात्मक-संजूगेट सिस्टम के रमन मापन प्रेरित

Published: February 10, 2020
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Summary

सिग्नल उत्पादन और अनुकूलन, माप, डेटा अधिग्रहण, और एक femtosecond समय के लिए डेटा हैंडलिंग के विवरण-आईआर उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रोमीटर के पास वर्णित हैं । टोलुईन में एक-कैरोटीन की उत्तेजित-राज्य गतिशीलता पर एक निकट अवरक्त उत्तेजित रमन अध्ययन को एक प्रतिनिधि आवेदन के रूप में दिखाया गया है।

Abstract

Femtosecond बार हल उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी निकट अवरक्त (निकट-आईआर) संक्रमण के साथ अल्पकालिक यात्रियों की संरचनात्मक गतिशीलता को देखने का एक आशाजनक तरीका है, क्योंकि यह निकट-आईआर क्षेत्र में सहज रमन स्पेक्ट्रोमीटर की कम संवेदनशीलता को दूर कर सकता है। यहां, हम एक femtosecond समय के तकनीकी विवरण का वर्णन के पास-IR मल्टीप्लेक्स उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रोमीटर है कि हम हाल ही में विकसित किया है । सिग्नल उत्पादन और अनुकूलन, माप, डेटा अधिग्रहण, और अंशांकन और रिकॉर्ड किए गए डेटा के सुधार का विवरण भी प्रदान किया गया है। हम टोल्यूईन समाधान में ए-कैरोटीन की उत्साहित-राज्य गतिशीलता का विश्लेषण करने के लिए अपने स्पेक्ट्रोमीटर का एक आवेदन प्रस्तुत करते हैं। दूसरे सबसे कम उत्साहित सिंगलिस्ट (एस2)राज्य में एक सी = सी खिंचाव बैंड और सबसे कम उत्साहित सिंगलट (एस1)राज्य स्पष्ट रूप से दर्ज समय में मनाया जाता है उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रा । सरल अणुओं से जटिल सामग्रियों तक जटिल सामग्रियों के लिए जटिल सामग्री के लिए जटिल सामग्री के लिए जटिल प्रणालियों के जटिल गतिशीलता पर लागू है, femtosecond बार हल के पास-आईआर उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रोमीटर लागू है ।

Introduction

रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी सरल गैसों, तरल पदार्थों और ठोस से कार्यात्मक सामग्री और जैविक प्रणालियों के नमूनों की एक विस्तृत विविधता में अणुओं की संरचनाओं की जांच के लिए एक शक्तिशाली और बहुमुखी उपकरण है। रमन बिखरने में काफी वृद्धि होती है जब उत्तेजना प्रकाश की फोटॉन ऊर्जा अणु की इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण ऊर्जा के साथ मेल खाती है। अनुनाद रमन प्रभाव हमें कई प्रकार के अणुओं से बने नमूने में एक प्रजाति के रमन स्पेक्ट्रम का चुनिंदा रूप से निरीक्षण करने में सक्षम बनाता है। निकट-आईआर इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण बड़े-संयुग्मित संरचनाओं के साथ अणुओं की उत्साहित-राज्य गतिशीलता की जांच के लिए एक जांच के रूप में बहुत ध्यान आकर्षित कर रहे हैं। सबसे कम उत्साहित एकल राज्य की ऊर्जा और जीवनकाल कई कैरोटेनॉइड के लिए निर्धारित किया गया है, जिसमें एक लंबी एक आयामी पॉलीईन श्रृंखला1,2,3है। 4,5,6,7, नैनोकणों8और समाधान9,10,11में विभिन्न फोटोकंडक्टिव पॉलिमर के लिए तटस्थ और आवेशित उत्तेजनाओं की गतिशीलता की व्यापक रूप से जांच की गई है । यदि इन प्रणालियों पर समय-समाधान निकट-आईआर रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी लागू की जाती है तो यात्रियों की संरचनाओं के बारे में विस्तृत जानकारी प्राप्य होगी। हालांकि, कुछ अध्ययनों के समय पर सूचित किया गया है-आईआर रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी12,13,14,15,16,क्योंकि निकट-आईआर रमन स्पेक्ट्रोमीटर की संवेदनशीलता बेहद कम है । कम संवेदनशीलता मुख्य रूप से निकट-आईआर रमन बिखरने की कम संभावना से निकलती है। सहज रमन बिखरने की संभावना आनुपातिक हैωमैंωएस3,कहांωमैं औरω क्रमशः उत्तेजना प्रकाश और रमन बिखरने प्रकाश की आवृत्तियां हैं । इसके अलावा, वाणिज्यिक रूप से उपलब्ध निकट-आईआर डिटेक्टरों में यूवी और दृश्यमान क्षेत्रों में काम कर रहे सीसीडी डिटेक्टरों की तुलना में बहुत कम संवेदनशीलता है।

फेम्टोसेकंड बार हल उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी एक लेजर पल्स17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28 की स्पष्ट फोरियर-ट्रांसफॉर्म सीमा से परे रमन सक्रिय कंपन बैंड के समय पर निर्भर परिवर्तनों को देखने की एक नई विधि के रूप में उभरा है । 29,30,31,32,33. उत्तेजित रमन बिखरने दो लेजर दालों के विकिरण से उत्पन्न होता है: रमन पंप और जांच दालों। यहां यह माना जाता है कि रमन पंप पल्स की जांच पल्स से भी बड़ी फ्रीक्वेंसी होती है। जब रमन पंप और जांच दालों की आवृत्तियों के बीच का अंतर रमन सक्रिय आणविक कंपन की आवृत्ति के साथ मेल खाता है, तो कंपन विकिरणित मात्रा में बड़ी संख्या में अणुओं के लिए सुसंगत रूप से उत्साहित होता है। सुसंगत आणविक कंपन द्वारा प्रेरित Nonlinear ध्रुवीकरण जांच नाड़ी के बिजली के क्षेत्र को बढ़ाता है। यह तकनीक लगभग आईआर रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए विशेष रूप से शक्तिशाली है, क्योंकि उत्तेजित रमन बिखरने से समय-हल के पास-आईआर सहज रमन स्पेक्ट्रोमीटर की संवेदनशीलता की समस्या का समाधान हो सकता है। उत्तेजित रमन बिखरने की जांच पल्स की तीव्रता परिवर्तन के रूप में पता चला है । यहां तक कि अगर एक के पास आईआर डिटेक्टर एक कम संवेदनशीलता है, उत्तेजित रमन बिखरने का पता लगाया जाएगा जब जांच की तीव्रता पर्याप्त रूप से वृद्धि हुई है । उत्तेजित रमन बिखरने की संभावना आनुपातिक हैωआरपीωएसआरएस,कहांωआरपी औरωएसआरएस रमन पंप पल्स और उत्तेजित रमन बिखरने की आवृत्तियों क्रमशः20हैं । उत्तेजित रमन बिखरने के लिए आवृत्तियों, ωआरपी और ωएसआरएस,क्रमशः सहज रमन बिखरने के लिए ωमैं और ωएस के बराबर हैं । हमने हाल ही में एक स्त्री-संकल्पित निकट-आईआर रमन स्पेक्ट्रोमीटर विकसित किया है, जिसमें उत्तेजित रमन बिखरने की संरचनाओं औरअल्पकालिक क्षणिकों की गतिशीलता की जांच के लिए2,3,7,10का उपयोग किया गया है । इस लेख में, हम अपने स्त्री-रोधी के तकनीकी विवरण प्रस्तुत करते हैं-आईआर मल्टीप्लेक्स ने रमन स्पेक्ट्रोमीटर को उत्तेजित किया। ऑप्टिकल संरेखण, समय-संकल्पित रमन स्पेक्ट्रा का अधिग्रहण, और रिकॉर्ड ेड स्पेक्ट्रा के अंशांकन और सुधार का वर्णन किया गया है। टोलुईन समाधान में ए-कैरोटीन की उत्साहित-राज्य गतिशीलता का अध्ययन स्पेक्ट्रोमीटर के प्रतिनिधि आवेदन के रूप में किया जाता है।

Protocol

1. इलेक्ट्रिक उपकरणों का स्टार्टअप अपने ऑपरेशन मैनुअल के अनुसार फेमोसेकंड टीआई: नीलम लेजर सिस्टम चालू करें। लेजर सिस्टम को गर्म करने के लिए 2 घंटे इंतजार करें। ऑप्टिकल हेलिकॉप्टर, ट्रांसलेशनल ?…

Representative Results

Femtosecond बार के पास हल-आईआर उत्तेजित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी टोल्यूईन समाधान में कैरोटीन के लिए लागू किया गया था । नमूने की एकाग्रता 1 x10-4 मोल डीएम-3थी । नमूना 1 μJ की एक पल्स ऊर्जा के साथ ४८० एनएम पर ऐक्टिव…

Discussion

Femtosecond बार में महत्वपूर्ण कारक-आईआर मल्टीप्लेक्स के पास हल रमन माप उत्तेजित
उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात के साथ रमन स्पेक्ट्रा को समय-समाधान प्राप्त करने के लिए, जांच स्पेक्ट्रम में आदर्श रूप से पूर…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस कार्य को जेपीएस ककेन्ही ग्रांट नंबर जेपी24750023, जेपी24350012, एमईएक्सटी ककेन्ही ग्रांट नंबर JP26104534, JP16H00850, JP26102541, JP16H00782, और निजी विश्वविद्यालयों में रणनीतिक अनुसंधान फाउंडेशन के लिए MEXT समर्थित कार्यक्रम, 20151

Materials

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

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Cite This Article
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).

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