Что такое спектроскопия с временным разрешением?

Что такое спектроскопия с временным разрешением?

В спектроскопии с временным разрешением химическая реакция вызывается облучением образца импульсным лазером или мгновенным смешиванием двух образцов раствора, а изменения, возникающие в результате реакции, обнаруживаются с помощью эмиссионной и трансмиссионной (абсорбционной) спектроскопии. За этой техникой следует высокоскоростное измерение с временным разрешением.

Диапазон времени измерения широко варьируется в зависимости от интересующей реакции, от фемтосекунд (10 в -15-й степени секунд) до секунд.

Метод инициирования реакции, принцип измерения и конфигурация прибора также сильно различаются в зависимости от времени измерения.

Кроме того, в зависимости от диапазона длин волн (энергетического диапазона), в котором наблюдается излучаемый или проходящий свет, тип и использование источников света и детекторов также различаются.

Поэтому продукты спектроскопии с временным разрешением разработаны специально для одного из диапазонов времени и длин волн.

Применение спектроскопии с временным разрешением

Спектроскопия с временным разрешением неинвазивна, поскольку и возбуждающий, и наблюдательный свет являются оптическими. При использовании лазерного света в качестве источника света свет может распространяться на большие расстояния. Поэтому источник лазерного света можно установить вдали от основного блока или, в зависимости от измерительного устройства, можно использовать имеющийся в лаборатории источник лазерного света и т. д.

Большинство имеющихся в продаже продуктов используют ультрафиолетовый или видимый свет в качестве возбуждающего света и ультрафиолетовый, видимый или ближний инфракрасный свет в качестве наблюдательного света. Однако можно построить систему, которая использует электронный луч в качестве возбуждающего света или инфракрасное или синхротронное излучение в качестве наблюдательного света путем настройки.

Особенности спектроскопии с временным разрешением

В спектроскопии с временным разрешением продукты химических реакций часто проходят через переходные промежуточные продукты, и идентификация этих промежуточных продуктов обеспечивает правильное понимание реакции и, в свою очередь, рекомендации по улучшению молекул, используемых в реакции. Промежуточные продукты можно оценить и идентифицировать из переходных спектров излучения и поглощения.

Скорость реакции является не только индикатором группы веществ, реакционную способность которых необходимо сравнить, но также временной порядок реакции может быть использован для определения типа реакции.

Например, существуют внутримолекулярные реакции и межмолекулярные реакции. Для межмолекулярных реакций различные параметры реакции, такие как активная энергия или константа скорости второго порядка, могут быть определены из зависимости скорости от температуры и концентрации.

Кроме того, путем детального анализа спектральных изменений нескольких компонентов можно также приблизиться к механизму реакции.

Типы продуктов спектроскопии с временным разрешением

Существует несколько типов продуктов спектроскопии с временным разрешением в зависимости от метода обнаружения и интересующего временного диапазона.

1. Продукты для обнаружения люминесценции

Когда образец излучает свет, измеряется время жизни люминесценции, поскольку время жизни люминесценции указывает на физические свойства образца.

Люминесценция в целом классифицируется как флуоресценция в наносекундном порядке и фосфоресценция в микросекундном и миллисекундном порядке. Поскольку существуют различные методы измерения, существуют устройства, которые могут измерять оба, и устройства, предназначенные для одного или другого.

2. Продукты для обнаружения пропускания

Для образцов, пропускание (поглощение) которых изменяется с высокой скоростью из-за импульсного светового облучения и т. д., кратковременные изменения в образце можно наблюдать, используя источник света для мониторинга изменений.

Этот метод спектроскопии прошедшего света с временным разрешением также называется методом переходного поглощения.

Метод фемтосекундного-пикосекундного диапазона называется методом накачки-зонда, а метод для измерений медленнее наносекунд называется методом импульсного фотолиза.

В методе накачки-зонда этап задержки создает разницу во времени между возбуждающим светом и наблюдаемым светом, а наблюдаемый свет измеряется медленным детектором.

Метод флэш-фотолиза, с другой стороны, использует непрерывный источник света и высокоскоростной детектор.

В последнее время также становится популярным метод RIPT, который связывает эти временные диапазоны, но он использует уникальный метод обнаружения.

Поскольку методика измерения сильно различается в зависимости от временного диапазона, необходимо выбирать устройство в соответствии с временным диапазоном целевой реакции. В большинстве случаев для индукции фотореакции используется импульсный лазер.

Другим быстрым методом с временным разрешением является метод остановленного потока, в котором два раствора смешиваются для инициирования реакции, и наблюдаются изменения в течение миллисекунд. В этом случае требуется специальное устройство для смешивания, чтобы мгновенно завершить смешивание.

Как измеряется спектроскопия с временным разрешением

Обычные измерения с временным разрешением являются макроскопическими и требуют однородного образца.

С помощью устройств для измерения времени жизни люминесценции можно измерять не только прозрачные растворы, но и суспензионные растворы, порошки и тонкие пленки такими, какие они есть.

С другой стороны, системы транзиентного поглощения, которые измеряют проходящий свет, обычно измеряют прозрачные растворы и тонкие пленки с высоким коэффициентом пропускания. Некоторые продукты также могут измерять блестящие образцы методом прямого отражения, а порошки — методом диффузного отражения.

Поскольку температура образца также важна при измерении скорости реакции, обычно доступен блок с контролируемой температурой.

Обратите внимание, что присутствие кислорода часто влияет на скорость реакции и может потребовать дегазации с помощью вытеснения аргоном или других методов.