Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Ultrarask tidsløst nær-IR stimulert Raman målinger av funksjonelle π-konjugat systemer

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

Detaljer om signalgenerering og optimalisering, måling, datainnsamling og datahåndtering for en femtosekunders tidsløst nær-IR stimulert Raman spektrometer er beskrevet. En nær infrarød stimulert Raman studie på den spente tilstand dynamikken i β-karoten i toluen er vist som en representativ søknad.

Abstract

Femtosecond tid-løst stimulert Raman spektroskopi er en lovende metode for å observere den strukturelle dynamikken i kortvarige transienter med nær infrarøde (nær-IR) overganger, fordi det kan overvinne den lave følsomheten til spontane Raman spektrometre i nær-IR-regionen. Her beskriver vi tekniske detaljer om en femtosekunders tidsløst nær-IR multiplex stimulert Raman spektrometer som vi nylig har utviklet. En beskrivelse av signalgenerering og optimalisering, måling, datainnsamling og kalibrering og korrigering av registrerte data er også gitt. Vi presenterer en anvendelse av vårt spektrometer for å analysere den spente tilstandsdynamikken til β-karoten i toluenløsning. En C = C stretch band av β-karoten i den nest laveste spentsinglet (S2) tilstand og den laveste spentsinglet (S1) tilstand er tydelig observert i den innspilte tidsløststimulert Raman spectra. Femtosekunders tidsløste nær-IR stimulerte Raman spektrometer gjelder for den strukturelle dynamikken i π-konjugatsystemer fra enkle molekyler til komplekse materialer.

Introduction

Raman spektroskopi er et kraftig og allsidig verktøy for å undersøke molekylenes strukturer i et bredt utvalg av prøver fra enkle gasser, væsker og faste stoffer til funksjonelle materialer og biologiske systemer. Raman spredning er betydelig forbedret når fotonenergien til eksitasjonslyset sammenfaller med den elektroniske overgangsenergien til et molekyl. Resonansramaneffekten gjør det mulig for oss å selektivt observere Raman-spekteret av en art i en prøve bestående av mange typer molekyler. Nær-IR elektroniske overganger trekker mye oppmerksomhet som en sonde for å undersøke den spente tilstandsdynamikken til molekyler med store π-konjugerte strukturer. Energien og levetiden til den lavest spente singletstaten er bestemt for flere karotenoider, som har en lang endimensjonal polyenkjede1,2,3. Dynamikken i nøytrale og ladede eksitasjoner har blitt grundig undersøkt for ulike fotoledende polymerer i filmer4,5,6,7,nanopartikler8og løsninger9,10,11. Detaljert informasjon om transientenes strukturer vil være oppnåelig hvis tidsløst nær-IR Raman spektroskopi brukes på disse systemene. Bare noen få studier, men har blitt rapportert på tidsløst nær-IR Raman spektroskopi12,13,14,15,16, fordi følsomheten til nær-IR Raman spektrometre er ekstremt lav. Den lave følsomheten stammer hovedsakelig fra den lave sannsynligheten for nær-IR Raman spredning. Sannsynligheten for spontan Raman spredning er proporsjonal med ωiωiω s3,hvor ωi og ωs er frekvensene av eksitasjonslyset og Raman sprelys, henholdsvis. I tillegg har kommersielt tilgjengelige nær-IR-detektorer mye lavere følsomhet enn CCD-detektorer som fungerer i UV- og synlige områder.

Femtosecond tid-løst stimulert Raman spektroskopi har dukket opp som en ny metode for å observere tidsavhengige endringer av Raman aktive vibrasjonsbånd utover den tilsynelatende Fourier-transform grensen for en laser puls17,18,19,20 ,21,22,23,24,25,26,27,28 ,29,30,31,32,33. Stimulert Raman spredning genereres av bestråling av to laserpulser: Raman pumpe og sonde pulser. Her antas det at Raman pumpepulsen har en større frekvens enn sondepulsen. Når forskjellen mellom frekvensene til Raman-pumpen og probepulsene sammenfaller med frekvensen av en Raman aktiv molekylær vibrasjon, er vibrasjonen sammenhengende begeistret for et stort antall molekyler i det bestrålte volumet. Ikke-lineær polarisering indusert av den sammenhengende molekylære vibrasjonen forbedrer det elektriske feltet av probepulsen. Denne teknikken er spesielt kraftig for nær-IR Raman spektroskopi, fordi stimulert Raman spredning kan løse problemet med følsomheten av tidsløst nær-IR spontanRaman spektrometre. Stimulert Raman spredning oppdages som intensitetsendringer i sondepulsen. Selv om en nær-IR-detektor har lav følsomhet, vil stimulert Raman spredning oppdages når probeintensiteten er tilstrekkelig økt. Sannsynligheten for stimulert Raman spredning er proporsjonal med ωRPωSRS,hvor ωRP og ωSRS er frekvensene av Raman pumpe puls og stimulert Raman spredning, henholdsvis20. Frekvensene for stimulert Raman spredning, ωRP og ωSRS, tilsvarer ωi og ωs for spontan Raman spredning, henholdsvis. Vi har nylig utviklet en femtosekund tid-løst nær-IR Raman spektrometer ved hjelp av stimulert Raman spredning for å undersøke strukturer og dynamikk av kortvarige forbigående fotogenerert i π-conjugate systemer2,3,7,10. I denne artikkelen presenterer vi de tekniske detaljene i vår femtosekunders tidsløste nær-IR multiplex stimulert Raman spektrometer. Optisk justering, oppkjøp av tidsløst stimulert Raman spektra, og kalibrering og korreksjon av registrert spektra er beskrevet. Den spente tilstandsdynamikken i β-karoten i toluenløsning studeres som en representativ anvendelse av spektrometeret.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Oppstart av elektriske enheter

  1. Slå på femtosekundet Ti:sapphire lasersystem i henhold til bruksanvisningen. Vent 2 timer til lasersystemet varmes opp.
  2. Slå på strømbryterne til det optiske helikopteret, de translasjonelle scenekontrollerne, spektrografen, InGaAs-arraydetektoren og datamaskinen mens systemet varmer opp. Fyll detektorens Dewar med flytende nitrogen.

2. Optisk justering av spektrometer

  1. Speiljustering (figur 1B)
    1. Kontroller posisjonen til støtten på speilfestet.
    2. Vri den øvre knotten på braketten med klokken og mot klokken for å la den reflekterte laserstrålen reise ned og opp i vertikal retning, henholdsvis hvis støtten er plassert på den nedre delen av braketten. Vri knotten i motsatt retning hvis støtten er plassert i den øvre delen av braketten.
    3. Vri knotten på venstre side av braketten med klokken og mot klokken for å la den reflekterte laserstrålen kjøre til høyre og venstre i horisontal retning, henholdsvis hvis støtten er plassert på høyre side av braketten. Vri knotten i motsatt retning hvis støtten er plassert på venstre side av braketten.
  2. Justering av objektiv
    1. Plasser et visittkort med et rutenett bak objektivet som en skjerm.
    2. Fjern objektivet. Introduser hendelsesstrålen og la den treffe skjermen. Merk posisjonen til strålepunktet på skjermen med en penn.
    3. Blokker strålen og plasser linsen. Introduser strålen og bekreft at den treffer merket på skjermen nøyaktig. Hvis den ikke gjør det, justerer du objektivets vertikale og horisontale posisjoner.
    4. Forbered et visittkort med et hull. La hendelsesstrålen passere gjennom hullet foran linsen og bekrefte at strålens spekulative refleksjon av strålen ved linsen beveger seg i retning helt motsatt til hendelsesstrålen. Hvis den ikke gjør det, justerer du objektivets vinkel.
  3. Justering av laserstråle (figur 1C)
    1. Plasser et visittkort bak iris 2 (i2) som skjerm.
    2. La strålen passere gjennom midten av i1 ved å justere speil 1 (m1) i henhold til avsnitt 2.1. La strålen passere gjennom midten av i2 ved å justere m2 i henhold til avsnitt 2.1.
    3. Bekreft at strålen passerer gjennom sentrene i i1 og i2 samtidig. Hvis strålen ikke passerer gjennom midten av i1, gjentar du trinn 2.3.2 til strålen passerer gjennom sentrene til begge irisene.
  4. Justering av optisk forsinkelseslinje (figur 1D)
    1. Fjern m3 og m4 på den optiske forsinkelseslinjen (ODL). Plasser i1 i posisjonen til m3 på høyden av midten av m3.
    2. Flytt scenen mot m2 så langt den kan ved å plassere retningsknappen på trinnkontrolleren. La strålen passere gjennom midten av i1 ved å justere m1 i henhold til avsnitt 2.1.
    3. Flytt scenen fra m2 så langt den kan ved å plassere retningsknappen på trinnkontrolleren. La strålen passere gjennom midten av i1 ved å justere m2 i henhold til avsnitt 2.1.
    4. Flytt scenen mot stråleinngangen så langt den kan og bekreft at strålen passerer gjennom midten av i1. Hvis strålen ikke passerer gjennom midten av i1 etter trinn 2.4.3, gjentar du trinn 2.4.2-2.4.3 til strålen passerer gjennom midten av i1 i begge ender av scenen.
    5. Fjern i1 fra posisjonen til m3. Plasser m3 og m4 på ODL. La strålen passere gjennom midten av i2 ved å justere m3 og m4 i henhold til trinn 2.4.2–2.4.4.
    6. Når trinn 2.4.1-2.4.5 er ferdig, la strålen passere gjennom midten av i2 ved å justere m1 og m2 i henhold til trinn 2.4.2–2.4.5.
  5. Kontinuumgenerasjon i hvitt lys (figur 1A)
    1. Plasser det variable nøytrale tetthetsfilteret (VND) VND1 i hendelsesstrålebanen. Plasser et visittkort ~ 200 mm bortsett fra VND1 som en skjerm.
    2. Vri VND1 til hendelsesstrålen treffer den høyeste optiske tetthetsposisjonen til VND1, der den overførte strålen har lavest effekt.
    3. Plasser linsen (L) L1 (brennvidde = 100 mm) bak VND1. Plasser 3 mm tykk safirplate (SP) ~ 105 mm bortsett fra L1, hvor SP ligger litt bak bjelkens fokus, slik at strålen passerer gjennom SP nær kanten.
    4. Angi diameteren på I6 til å være ~ 5 mm.
    5. Vri VND1 for gradvis å øke kraften i den overførte strålen til et gulhvitt sted observeres på skjermen. Vri VND1 videre i samme retning svært nøye til en lilla ring omgir det gulhvite punktet på skjermen.
  6. Justering av probebjelke (figur 1A)
    1. Juster de to parene med speil (M) (M4, M5) og (M7, M8) i henhold til pkt. 2.3. Juster ODL2 i henhold til pkt. 2.4. Juster M12 og M13 i henhold til pkt. 2.3.
    2. Generer et hvitt lys kontinuum i henhold til avsnitt 2.5.
    3. Fjern fargeglassfiltrene (F) F1 og F2 og polarisatoren (P) P1.
    4. Reflekter det hvite lyskontinuumet med det konkave speilet (CM). La den reflekterte strålen passere like ved SP.
    5. La strålen treffe midten av M15 og M16 ved å justere henholdsvis M14 og M15, i henhold til § 2.1. Fjern L2, L3 og L4. La strålen treffe midten av inngangen slit av spektrografen ved å justere M16.
    6. Mål diameteren på det hvite lyskontinuumstrålen ved CM og inngangsspalten ved hjelp av rutenettpapir. Hvis diameterne endres betydelig mellom de to posisjonene, justerer du cm-posisjonen parallelt med strålen ved hjelp av et mikrometer på cm-bunnplaten til diameteren blir nesten identiske. Utfør trinn 2.6.4–2.6.5 etter justeringen.
    7. Plasser L2, L3 og L4 i henhold til § 2.2 og plasser deretter F1, F2 og P1.
  7. Raman pumpestrålejustering (figur 1A)
    1. Plasser det volumristreflekterende bandpassfilteret (BPF) i utgangsstrålebanen til den optiske parametriske forsterkeren (OPA) OPA1. Juster BPF og M17 i henhold til pkt. 2.3. Bruk et nesten IR-sensorkort for å observere strålepunktet.
    2. Sett vinkelen på halvbølgeplaten (HWP) HWP2 ved 45° for å sette Polariseringen av Raman-pumpe til vertikal. Fjern L5, L6 og L7.
    3. La strålen treffe midten av M19, M20 og M21 ved å justere Henholdsvis M18, M19 og M20, i henhold til pkt. 2.1. Bruk et nesten IR-sensorkort for å observere strålepunktet.
    4. Plasser L5, L6 og L7 i henhold til avsnitt 2.2 ved hjelp av et nesten IR-sensorkort som skjerm.
  8. Aktinisk pumpestrålejustering (figur 1A)
    1. Fjern L8 og L9. La utgangsstrålen fra OPA2 passere gjennom midten av iris (I) I12 ved å justere M22 i henhold til avsnitt 2.1.
    2. Juster M24 og M25 i henhold til pkt. 2.3. Plasser L8 og L9 i henhold til § 2.2. Juster ODL1 i henhold til pkt. 2.4.
    3. Mål diameteren på den aktinske pumpestrålen på M24 og M32 ved hjelp av rutenettpapir. Hvis diameterne er betydelig forskjellige mellom de to posisjonene, justerposisjonen til L9 parallelt med strålen ved hjelp av et mikrometer på bunnplaten på L9 til diameteren blir nesten identiske.
    4. Fjern L10 og M32. Juster M30 og M31 i henhold til pkt. 2.3.
    5. Plasser P2 i posisjonen til M32. Plasser et visittkort bak P2 som skjerm.
    6. Sett P2 i vinkelen som gjør at pulsen kan polariseres ved 35,3° med hensyn til den vertikale aksen for å passere gjennom P2. Roter HWP3 til strålepunktet på skjermen forsvinner helt. Utfør denne protokollen for å eliminere effekten av molekylær reorientering på tidsløste målinger.
    7. Fjern P2. Plasser M32 og reflekter strålen mot strømningscellen (FC). Plasser L10 i henhold til punkt 2.2.
  9. Oppstart av flowcelle (Figur 1E)
    1. Fest en 2 mm kvarts strømningscelle til braketten. Koble hver ende av strømningscellen til et polyfluoracetat (PFA) rør (lengde = ~ 500 mm; ytre diameter = 1/8 tommer) med et elastomerrør (lengde = ~ 10 mm).
    2. Sett røret fra bunnen av strømningscellen til et reservoar fylt med en prøveløsning. Fest røret fra toppen av strømningscellen til innløpet til magnetgirpumpen.
    3. Fest et PFA-rør (lengde = ~ 500 mm; ytre diameter = 1/8 tommer) til uttaket av magnetgirpumpen og sett den andre enden til reservoaret.
    4. Plasser strømningscellebraketten i fokus på probestrålen.
    5. Slå på magnetgirpumpen. Juster strømningshastigheten til ~20 ml/min ved hjelp av pumpens spenningskontroll for å erstatte prøven i det opplyste volumet før hver aktinisk pumpepuls når FC.

3. Programvaredrift

  1. Oppsett av detektorer
    1. Åpne Detektor-ruten. Klikk Initialiser-knappen. Vent til detektoren er innsatt indikatoren lyser.
    2. Skriv inn 40 i boksen Eksponeringstid (ms).
    3. Velg IGA Lo Gain og IGA 280 kHz fra henholdsvis A/D-forsterkning og rullegardinlistemenyer for a/d-hastighet. IGA og A/D står for henholdsvis InGaAs og den analoge til digitale omformeren.
    4. Klikk på Sett-knappen under indikatoren for oppsetting av detektor. Kontroller at indikatorlampen er på.
    5. Sett utløserbryteren til Ekstern fra rullegardinmenyen Utløserhendelse. Velg Hver – For hver Acq- og TTL Rising Edge fra rullegardinmenyen Trigger Edge. TTL står for transistor-transistor logikk.
    6. Klikk på Sett-knappen under Utløsersett-indikatoren. Kontroller at indikatorlampen er på.
    7. Klikk Les-knappen nederst i ruten. Kontroller at detektortemperaturboksen (K) viser en verdi under 170 K. Hvis ikke, vent til temperaturen minker under 170 K.
  2. Oppsett av spektrograf
    1. Åpne Spectrograph-ruten. Klikk Initialiser-knappen. Vent til indikatorlampen for spektrograf er på.
    2. Velg 1. Spor 300 g/mm, Blaze Wavelength 2000 nm fra Rist rullegardinmenyen. Klikk På Sett-knappen til høyre på rullegardinmenyen Rist.
    3. Skriv inn den midterste bølgelengden til spektrografen i Flytt til-boksen, og klikk på Gå til-knappen. Den midterste bølgelengden ligger vanligvis mellom 1380 og 1430 nm når spektrografen dekker fingeravtrykksområdet til det stimulerte Raman-spekteret.
    4. Skriv inn en inngangsspaltei Angi inngang-boksen, og klikk på Sett-knappen til høyre i boksen. Inngangen slit bredde er vanligvis satt til 0,3 mm.
  3. Posisjonskontroll på trinn
    1. Åpne Forhåndsvisning-ruten. Angi en verdi av ODL1-posisjonen i mikrometer i SK-trinnsposisjon (μm)-boksen. Boksen godtar verdier fra 0 til 200 000 (μm). Klikk På Gå-knappen til høyre i boksen.
    2. Angi en verdi av ODL2-posisjonen i 0,1 μm i BOKSEN FA-trinnsposisjon (1/10 μm). Boksen godtar verdier fra -250 000 til 250 000 (x 1/10 μm). Klikk På Gå-knappen til høyre i boksen.
  4. Enkelt måling
    1. Skriv inn antall akkumuleringer for en enkelt måling av et spektrum i Akkumulering-boksen. Boksen godtar verdier fra 1 til 999.
    2. Lukk inngangen til spektrografen ved å skyve membranbaren til høyre så langt den kan bevege seg. Klikk på Lagre mørk-knappen. Åpne inngangen til spektrografen ved å trekke membranbaren til venstre så langt den kan bevege seg.
    3. Merk av for Gjennomsnitt for å forhåndsvise bare et gjennomsnittlig resultat.
    4. Velg Anskaffe lysspektrum og kontroller forbigående absorpsjon fra rullegardinlisten Driftsmodus for måling av probeintensiteter og måling av stimulert Raman eller forbigående absorpsjonsspektra.
    5. Klikk På Hent-knappen.
    6. Hvis du vil gjenta målinger automatisk, merker du av for Kontinuerlig og klikker Hent-knappen. Fjern merket for Kontinuerlig for å stoppe de kontinuerlige målingene.
    7. Åpne fildialogboksen ved å klikke mappeikonet. Dobbeltklikk en mappe for lagring av data. Skriv inn et filnavn med filtypen "TXT" og klikk På OK. Klikk lagre knappen.
  5. Tidsløst måling
    1. Åpne Eksperiment-ruten. Skriv inn et navn innenfor 20 tegn som kort beskriver et eksperiment (f.eks. navn på eksempler, betingelser) i Eksperimentnavn-boksen.
    2. Åpne fildialogboksen ved å klikke mappeikonet. Dobbeltklikk en mappe for lagring av data, og klikk OK.
    3. Skriv inn antall oversettelsestrinnskanninger i Antall skanninger-boksen.
    4. Velg oversettelsesstadiet som er skannet i eksperimentet i rullegardinmenyen Stage for Scan.
    5. Angi en sceneposisjon der skanningen starter i Fra-boksen i Område A. Enheten og området til de akseptable verdiene avhenger av trinnet (se avsnitt 3.3).
    6. Skriv inn et intervall mellom to påfølgende trinnposisjoner i Trinn-boksen i område A. Intervallet på 1 μm i trinnposisjonen tilsvarer intervallet på 6,7 fs i tidsforsinkelsen mellom aktinisk (eller Raman) pumpe og probepulser.
    7. Angi antall trinnposisjoner i en skanning i Poeng-boksen i område A.
    8. Hvis det kreves mer enn ett intervall i én enkelt skanning, merker du av for Område B og gjentar trinn 3.5.5–3.5.7 for område B. Tre intervaller kan angis ved hjelp av område A, Bog C.
    9. Start skanningene ved å klikke Kjør-knappen. Indikatorlampen for løping av eksperimenter slås på. Vent til indikatorlampen slås av.

4. Optimalisering av sondespektrum

  1. Plasser stråledumper i stiene til de aktiniske og Raman pumpebjelker. Sett P1 i vinkelen som gjør at den vertikalt polariserte pulsen kan passere gjennom P1.
  2. Angi antall akkumuleringer til å være 10 i henhold til trinn 3.4.1. Oppbevar det mørke signalet i henhold til trinn 3.4.2. Velg Erverve Lysspektrum i henhold til trinn 3.4.4.
  3. Kjør kontinuerlige målinger i henhold til trinn 3.4.6 for forhåndsvisning av data. Maksimer detektoren stelles på displayet ved gradvis å rotere HWP1.
  4. Gradvis øke intensiteten av hendelsen puls ved å rotere VND1 til maksimal og minimal detektor teller nå rundt 30.000 og 4.000, henholdsvis. Hvis et stort oscillasivmønster begynner å bli observert, dreier du VND1 i motsatt retning til mønsteret forsvinner.
  5. Stopp de kontinuerlige målingene i henhold til trinn 3.4.6.

5. Måling av stasjonær stimulert Raman spectra

  1. Romlig overlapping av Raman pumpe og sonde pulser
    1. Fjern stråledumpen i Raman pumpestrålebanen. Plasser det optiske helikopteret (OC) i Raman pumpestrålebanen.
    2. Plasser et nesten IR-sensorkort i prøveposisjonen. Juster retningen på Raman pumpestrålen ved å justere M21 i henhold til avsnitt 2.1 til flekkene til Raman-pumpen og probebjelkene overlapper fullt ut med hverandre. Ta ut sensorkortet.
  2. Temporal overlapping av Raman pumpe og sonde pulser
    1. Plasser en InGaAs PIN-fotodiode i prøveposisjonen der Raman-pumpen og probebjelkene overlapper romlig med hverandre som følge av pkt. 5.1.
    2. Koble signalutgangen til fotodioden til en 500 MHz, 5 GS/s digitalt oscilloskop for å overvåke når Raman-pumpen og probepulsene ankommer prøveposisjonen.
    3. Angi den horisontale skalaen for oscilloskopet til å være 1 ns/div.
    4. Les høytiden for signalintensiteten for Raman-pumpen og probepulsene som blokkerer den andre pulsen.
    5. Hvis det observeres en forskjell i topptiden for de to pulsene, justerer du posisjonen til ODL2 i henhold til avsnitt 3.3 til forskjellen blir mindre enn 200 ps.
  3. Justering av optisk helikopterrotasjonsfase
    1. Tilsett 40 ml cykloheksan til reservoaret. Begynn å flyte cykloheksan i henhold til trinn 2.9.5.
    2. Sett den midterste bølgelengden til spektrografen til å være 1190 nm i henhold til trinn 3.2.3 for å observere Rayleigh spredning av Raman pumpepuls.
    3. Sett antall akkumuleringer til 10 i henhold til trinn 3.4.1. Oppbevar det mørke signalet i henhold til trinn 3.4.2.
    4. Velg Kontroller forbigående absorpsjon i henhold til trinn 3.4.4.
    5. Kjør kontinuerlige målinger i henhold til trinn 3.4.6.
    6. Maksimer amplituden av det tilsynelatende forbigående absorpsjonssignalet med det negative tegnet på Raman-pumpebølgelengden, som stammer fra tilstedeværelsen og fraværet av den spredte Raman-pumpepulsen på grunn av hakking, ved å justere rotasjonsfasen av OC fra -180 °−170° på frontpanelet på kontrolleren.
    7. Stopp de kontinuerlige målingene i henhold til trinn 3.4.6.
  4. Signalmaksimering
    1. Sett den midterste bølgelengden til spektrografen til å være 1410 nm i henhold til trinn 3.2.3 for å observere stimulert Raman spectra.
    2. Kjør kontinuerlige målinger i henhold til trinn 3.4.6 og kontroller om stimulert Raman band av cykloheksan observeres i displayet. Det sterkeste bandet av cyclohexane vises på 55th-58th piksler når midtbølgelengden er satt til 1410 nm.
    3. Hvis de stimulerte Raman-båndene ikke observeres, kan du prøve å endre posisjonen til ODL2 med ± 15 000 μm ved 150 μm intervaller i henhold til pkt. 3.3 og se om de stimulerte Raman-båndene observeres.
    4. Hvis de stimulerte Raman-båndene ikke observeres etter trinn 5.4.3 er utført, kan du prøve trinn 5.1.2 på nytt for å oppnå romlig overlapping mellom Raman-pumpen og probebjelkene og gjennomføre trinn 5.4.2 igjen.
    5. Når de stimulerte Raman-båndene oppdages, maksimerer du båndintensiteten i displayet ved å omstille M21, rotasjonsfasen av OC og posisjonen til ODL2.
    6. Stopp de kontinuerlige målingene i henhold til trinn 3.4.6.
  5. Måling
    1. Angi antall akkumuleringer til å være 500 i henhold til trinn 3.4.1. Oppbevar det mørke signalet i henhold til trinn 3.4.2.
    2. Kjør en enkelt måling i henhold til trinn 3.4.5. Lagre spekteret i henhold til trinn 3.4.7. Gjenta målingen minst 4x.
    3. Fjern FC innløpsrøret fra reservoaret og vent til strømmen avbrytes av luften. Minimer spenningen til magnetgirpumpen.
    4. Bytt ut innholdet i reservoaret med den som er fylt med 100 ml fersk aceton.
    5. Sett innløps- og utløpsrørene i beholderen og tøm kolben. Start magnetgirpumpen i henhold til trinn 2.9.5 og la toluen strømme gjennom FC.
    6. Vent til strømmen avbrytes av luften. Minimer spenningen til magnetgirpumpen.
    7. Gjenta trinn 5.5.4–5.5.6 minst 2x.
    8. Tilsett 40 ml aceton til reservoaret. Begynn å flyte aceton i henhold til trinn 2.9.5.
    9. Registrer det stimulerte Raman spekteret av aceton i henhold til trinn 5.5.2.
    10. Fjern aceton fra FC i henhold til trinn 5.5.3.
    11. Gjenta trinn 5.5.4–5.5.10 med toluen i stedet for aceton.

6. Måling av tidsløst absorpsjonsspektra

  1. Tøm reservoaret og tilsett 25 ml toluenløsning av β-karoten med en konsentrasjon på 1 x 10-4 mol dm-3. Begynn å strømme prøveløsningen i henhold til trinn 2.9.5.
  2. Plasser OC i den aktiniske pumpestrålebanen.
  3. Flytt stråledumpen fra banen til den aktiniske pumpestrålen til Ramanpumpestrålen.
  4. Overlapper den aktinisk pumpe og probebjelker i prøveposisjonen i henhold til trinn 5.1.2 ved hjelp av et visittkort i stedet for det nesten-IR-sensorkortet.
  5. Temporally overlapper de to bjelkene i prøveposisjonen i henhold til avsnitt 5.2 ved hjelp av en Si PIN-fotodiode i stedet for InGaAs PIN-fotodiode.
  6. Angi antall akkumuleringer til å være 10 i henhold til trinn 3.4.1. Oppbevar det mørke signalet i henhold til trinn 3.4.2.
  7. Velg Kontroller forbigående absorpsjon i henhold til trinn 3.4.4.
  8. Kjør kontinuerlige målinger i henhold til trinn 3.4.6 og kontroller om den forbigående absorpsjonen av β-karoten observeres i displayet. Absorpsjonsbåndet vises med en form som minker monotont mot lengre bølgelengder (den nest laveste spente singlet-tilstanden, S2) eller med to maxima på rundt 0th og 511th piksler (den laveste spente singlet tilstand, S1).
  9. Hvis den forbigående absorpsjonen ikke observeres, kan du prøve å endre posisjonen til ODL1 med ±15 000 μm ved 150 μm intervaller i henhold til pkt. 3.3.
  10. Hvis det ikke observeres absorpsjonsbånd etter trinn 6.9, kan du prøve trinn 6.4 på nytt for å oppnå romlig overlapping mellom aktinisk pumpe og probebjelker.
  11. Maksimer absorpsjonsintensiteten ved å justere M32 når det forbigående absorpsjonsbåndet oppdages.
  12. Stopp de kontinuerlige målingene i henhold til trinn 3.4.6.
  13. Reduser posisjonen til ODL1 i henhold til avsnitt 3.3 til den forbigående absorpsjonen forsvinner helt.

7. Måling av tidsløst stimulert Raman spectra

  1. Plasser OC i Raman pumpestrålebanen. Fjern stråledumpen fra Raman pumpestrålebanen.
  2. Angi antall akkumuleringer til 200 i henhold til trinn 3.4.1. Oppbevar det mørke signalet i henhold til trinn 3.4.2.
  3. Kjør et tidsløst eksperiment i henhold til avsnitt 3.5. I trinn 3.5.4 velger du SK-trinn. Angi startverdien for område A for å være mindre med rundt 50 μm enn posisjonen der det forbigående absorpsjonssignalet forsvant i trinn 6.13.

8. Raman skift kalibrering

  1. Beregn gjennomsnittet av de fire stimulerte Raman spectra for cykloheksan, aceton, og toluen registrert i seksjon 5 ved hjelp av dataanalyse programvare etter eget valg.
  2. Plott den gjennomsnittlige stimulerte Raman spektra av løsemidler mot pikselnummeret til InGaAs arraydetektor.
  3. Anslå toppposisjonene til de stimulerte Raman-båndene til løsemidlene ved minst kvadrater som passer analyse med Lorentzian-funksjonene. Hvis Lorentzian-funksjonen ikke er tilgjengelig, bruker du en polynomfunksjon i stedet.
  4. Plott toppbølgetallene til Raman-båndene til løsemidlene i en referansebok (f.eks. Hamaguchi og Iwata34)mot de estimerte toppposisjonene i pikselnummeret.
  5. Få en kalibreringsfunksjon mellom Raman-skiftet og pikselnummeret ved å bestå den minst firkantede tilpasningsanalysen med en andre- eller tredjegrads polynomfunksjon.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Femtosekund tid-løst nær-IR stimulert Raman spektroskopi ble brukt på β-karoten i toluen løsning. Konsentrasjonen av prøven var 1 x 10-4 mol dm-3. Prøven var fotobegeistret av den aktinisk pumpepulsen på 480 nm med en pulsenergi på 1 μJ. Tidsløst stimulert Raman spektra av β-karoten i toluen er vist i figur 2A. Den rå spektra inneholdt sterke Raman band av løsemiddel toluen og en svak Raman band av β-karoten i bakken tilstand samt Raman band av fotoexcited β-karoten. De ble trukket fra ved hjelp av det stimulerte Raman spekteret av samme løsning på 1 ps før fotoeksitasjon. Spektra etter subtraksjon (figur 2B) viste forvrengte grunnlinjer som skyldes absorpsjon av fotoexcited β-karoten og/eller andre ikke-lineære optiske prosesser. Grunnlinjene ble flate etter at de ble korrigert med polynomfunksjoner (figur 2C).

Den tidsløste stimulerte Raman spectra av β-karoten viste to sterke bånd i 1400-1800 cm-1 regionen (Figur 2C). Et bredt stimulert Raman-bånd ved 0 ps ble tildelt den in-fase C = C stretch vibrasjon av S2 β-karoten. Dens toppposisjon ble anslått til å være 1556 cm-1. Den in-fase C = C stretch band av S1 β-karoten dukket opp som S2 C = C stretch bandet forfalt. Toppposisjonen til S1 C=C-strekkbåndet ble oppskjøvet med 8 cm-1 fra 0,12 til 5 løft (figur 2D). Tidskonstanten på den oppadrede ble anslått til 0,9 ps. Den oppadgående stammer fra vibrasjonsenergi omfordeling i S1 β-karoten2,3.

Figure 1
Figur 1: Instrumentdiagrammer. (A) Blokkdiagrammet for en femtosekunders tidsløst nær-IR stimulert Raman spektrometer. Ti:S = Moduslåst Ti:sapphire laser system; BS = Beamsplitter; OPA = Optisk parametrisk forsterker; BBO = β-Barium borate krystall; OC = Optisk helikopter; ODL = Optisk forsinkelseslinje; BPF = Volumrist reflekterende bandpassfilter; SP = Safirplate; FC = Flytcelle; M = Speil; CM = Konkav speil; L = Linse; I = Iris; P = Polarisator; HWP = Halvbølgeplate; F = Fargeglassfilter; VND = Variabelt optisk tetthetsfilter. Figuren er tilpasset fra Takaya11 med tillatelse fra PCCP Owner Societies. (B) Fire konfigurasjoner av en speilmontering. V, H og S representerer den vertikale justeringsknappen, horisontal justeringsknappen og støtten. Se avsnitt 2.1 for mer informasjon. (C) Et skjematisk diagram av laserstrålejustering. m = Speil; i = Iris. Se avsnitt 2.3 for mer informasjon. (D) Et skjematisk diagram over optisk forsinkelselinjejustering. m = Speil; i = Iris. Se avsnitt 2.4 for mer informasjon. (E) Strukturen til en strømningscellebrakett. Se avsnitt 2.9 for mer informasjon. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: Femtosekunders tidsløst nær-IR stimulerte Raman spectra. (A) Femtosekund tid-løst nær-IR stimulert Raman spektra av β-karoten i toluen med aktinisk pumpe bølgelengde på 480 nm. Raman band av toluen og β-karoten i bakken tilstand er betegnet med sirkler og en trekant, henholdsvis. (B) Femtosekund tid-løst nær-IR stimulert Raman spektra av β-karoten i toluen etter Raman band av toluen og β-karoten i bakken tilstand trekkes fra. Grunnlinjene til spektra ble utstyrt med polynomfunksjoner (ødelagte spor). (C) Femtosekund tid-løst nær-IR stimulert Raman spektra av β-karoten i toluen etter baseline korreksjon. (D) De øverste posisjonene til det in-phase C stretchbåndet i S1-tilstanden plottet mot tidsforsinkelsen. C = C stretch band ble utstyrt med en gaussisk funksjon for å estimere sine toppposisjoner. Den best monterte kurven for skiftet av S1 C = C stretchband (solid spor) ble oppnådd av de minst firkanter montering analyse med en eksponentiell funksjon. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Viktige faktorer i femtosekunders tidsløst nær-IR multipleks stimulert Raman måling
For å oppnå tidsløst nær-IR stimulert Raman spectra med et høyt signal-til-støy-forhold, bør probespekteret ideelt sett ha jevn intensitet i hele bølgelengdeområdet. White-light continuum generasjon (seksjon 2.5) er derfor en av de mest avgjørende delene av tidsløst nær-IR stimulert Raman eksperimenter. Generelt blir probespekteret bredt og flatt etter hvert som intensiteten av hendelsesstrålen øker. En høystråleintensitet produserer imidlertid lett uønskede ikke-lineære optiske effekter enn den hvite lyskontinuumgenerasjonen. I verste fall gir de ikke-lineære effektene probespekteret store intensitetssvingninger og et oscillerende mønster som betydelig senker signal-til-støy-forholdet mellom stimulert Raman-spektra. Figur 2C viser hvordan det oscillerende mønsteret påvirker spektrasen. Den viser oscillerende mønstre fra -0,30 til 4 ps, men mønstrene vises bare svakt, med en topp-til-topp amplitude på 1 x 10-4, da hvitlysgenerasjon er nøye optimalisert. En annen uønsket effekt på probespekteret kan leveres av vanndamp i luften2,11. Effekten av vanndamp kan unngås hvis en del av spektrometeret, inkludert det hvite lysgenerasjonsoptikk, prøve og spektrograf, er satt i et kammer fylt med tørt nitrogen.

Nøyaktigheten av Raman skift kalibrering
Som beskrevet i avsnitt 8 kalibrerer vi Raman-skiftaksen ved den minst firkantede monteringsanalysen av de øverste posisjonene til løsemiddelbåndene i Raman skifter mot de i pikselnummeret til detektoren med en polynomfunksjon. Vi tror denne protokollen fungerer bra så lenge Raman pumpe bølgelengde ikke kan bestemmes med høy nøyaktighet. Det er tilfelle for vårt spektrometer fordi hver piksel av detektoren dekker så store som 3,5 cm-1 rundt bølgenummeret til Raman pumpepulsen. Løsemidler må imidlertid velges slik at alle de forbigående stimulerte Raman-båndene i prøven vises mellom de høyeste og laveste bølgenumrene på løsningsbåndene (avsnitt 8). Raman skift kalibreringkurve mister sin nøyaktighet utover rekkevidden av løsemiddelbåndene. I figur 2vises et Raman-bånd av S1 β-karoten i toluen, på 1785 cm-1,utover det høyeste bølgenummeret av løsemiddelbåndene, 1710 cm-1. Vi har bekreftet at toppposisjonen er enig godt med at i benzen bestemmes av picosecond tidsløst spontan Raman spektroskopi35,36.

Effektivitet og perspektiv på femtosekunders tidsløst nær-IR multipleks stimulert Raman spektrometer
Det har blitt vist at femtosekunders tidsløst nær-IR multiplex stimulert Raman spektrometer kan observere stimulert Raman spectra, som gir informasjon nesten tilsvarende spontan Raman spektra av kortvarige arter med nær-IR Overganger. Små forskjeller i toppposisjonen til et bånd kan oppdages med spektrometeret på grunn av sin tilstrekkelig høye følsomhet. Spektrometeret vil gjelde for et bredt utvalg av π-konjugatsystemer fra enkle aromatiske molekyler til fotoledende polymerer. Stasjonær nær-IR multipleks stimulert Raman spektroskopi er også et kraftig verktøy for å observere molekylære vibrasjoner uten fluorescensinterferens fra prøven, fordi energien til nær-IR-fotoner generelt er mye lavere enn den elektroniske overgangsenergi av molekyler fra den lavest spente singlet tilstand til bakken tilstand. Spektrometeret vil gjelde for in vivo observasjon av den strukturelle dynamikken i biologiske systemer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av JSPS KAKENHI Grant Numbers JP24750023, JP24350012, MEXT KAKENHI Grant Numbers JP26104534, JP16H00850, JP26102541, JP16H00782 og MEXT-støttet program for Strategic Research Foundation ved Private universiteter, 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

Kjemi Utgave 156 laserspektroskopi nær-infrarød stimulert Raman spredning femtosekund pumpe-sonde teknikk π-konjugat karotenoider vibrasjonsenergi omfordeling
Ultrarask tidsløst nær-IR stimulert Raman målinger av funksjonelle π-konjugat systemer
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