Кіріспе
Спектроскопиялық техника
Физика және физикалық химияда уақыт бойынша шешілетін спектроскопия – материалдардың немесе химиялық қосылыстардың динамикалық процестерін спектроскопиялық әдістер арқылы зерттеу. Көбінесе процестер материалды сәулелендіргеннен кейін зерттеледі, бірақ принципте бұл әдіс материалдың қасиеттерінің өзгеруіне әкелетін кез келген процеске қолданылуы мүмкін. Импульстік лазерлердің көмегімен 10−16 секундқа дейінгі уақыт өлшемдерінде өтетін процестерді зерттеуге болады. Барлық уақыт бойынша шешілетін спектрлерді екі өлшемді корреляциялық әдіс арқылы піктер арасындағы корреляциялық картаны талдау үшін пайдалануға болады. Өнімнің сіңірілуі – реакцияның аралық өнімдерінің түзілуіне байланысты болатын кез келген сіңірілу өзгерісін білдіреді. ТА өлшемдері уақыт бойынша шешілетін фотолюминесценциядан айырмашылығы, эмиссияламайтын және қараңғы күйлерді болжау үшін де қолданылуы мүмкін. Өткінші сіңіруді толқын ұзындығының немесе уақыттың функциясы ретінде өлшеуге болады. Толқын ұзындығы бойынша ТА қисығы химиялық реакцияға қатысатын әртүрлі аралық түрлердің түрленуі/ыдырауы туралы ақпарат береді. Уақытқа қатысты өткінші сіңірудің ыдырау қисығында берілген толқын ұзындығындағы ыдырау процестерінің саны және олардың қаншалықты жылдам немесе баяу екендігі туралы мәліметтер бар. Ол жүйелер аралық өту, аралық тұрақсыз электрондық күйлер, тұзақ күйлері, беттік күйлер және т.б. туралы куәліктер беруге мүмкіндік береді.
In physics and physical chemistry, time resolved spectroscopy is the study of dynamic processes in materials or chemical compounds by means of spectroscopic techniques. Most often, processes are studied after the illumination of a material occurs, but in principle, the technique can be applied to any process that leads to a change in properties of a material. With the help of pulsed lasers, it is possible to study processes that occur on time scales as short as 10−16 seconds. All time resolved spectra are suitable to be analyzed using the two dimensional correlation method for a correlation map between the peaks. Product absorption refers to any absorption changes caused due to formation of intermediate reaction products. TA measurements can also be used to predict non emissive states and dark states unlike time resolved photoluminescence. Transient absorption can be measured as a function of wavelength or time. The TA curve along wavelength provides information regarding evolution/decay of various intermediate species involved in chemical reaction at different wavelengths. The transient absorption decay curve against time contains information regarding the number of decay processes involved at a given wavelength, how fast or slow the decay processes are. It can provide evidences with respect to inter system crossing, intermediate unstable electronic states, trap states, surface states etc.
Шарттар
ТА өлшеулері лазердің қайталану жиілігіне, импульс ұзақтығына, эмиссия толқын ұзындығына, поляризацияға, интенсивтілігіне, сынама химиясына, еріткіштерге, концентрацияға және температураға өте сезімтал. Қоздыру тығыздығы (бірлік ауданға секундына түсетін фотондар саны) төмен ұсталуы керек; әйтпесе, сынаманың жойылуы, қанығуы және бағдарлану қанығуы процестері орын алуы мүмкін.
Қолдану
Өткінші сіңіру спектроскопиясы бірнеше пикосекундтан фемтосекундқа дейінгі уақыт өлшемдерінде жүретін химиялық процестердің механизмі мен кинетикалық егжей-тегжейін зерттеуге көмектеседі. Бұл химиялық құбылыстар ультражылдам лазерлік импульспен іске қосылады және одан әрі зонд импульсімен зерттеледі. ТА өлшемдерінің көмегімен жоғары электрондық күйлердің сәуле шығармайтын релаксациясын (~фемтосекундтар), дірілдеу релаксациясын (~пикосекундтар) және қозулы синглет күйінің сәуле шығаратын релаксациясын (әдетте наносекундтар уақыт өлшемінде жүреді) қарастыруға болады. Өткінші сіңіру спектроскопиясы фотохимиялық реакциялардағы аралық күйлерді; энергия, заряд немесе электрондық тасымалдау процесін; конформациялық өзгерістерді, жылулық релаксацияны, флуоресценция немесе фосфоресценция процестерін, жартылай өткізгіш лазерлік материалдардың оптикалық күшейту спектроскопиясын анықтау үшін қолданылуы мүмкін. және т.б. Көтерілген UV Vis NIR ультражылдам лазерлердің болуы кез келген ірі молекуланың бөлігін қалаған қоздырылған күйге таңдап қозуға және нақты молекулалық динамиканы зерттеуге мүмкіндік береді. Өткінші сіңіру спектроскопиясы нанобөлшектердегі әртүрлі электрондық күйлерді және энергия тасымалдау процестерін сипаттау үшін маңызды құралға айналды, сондай-ақ тұзақ күйлерін анықтауға және тиімді пассивтеу стратегияларын сипаттауға көмектеседі.
Уақыт резюмесімен инфрақызыл спектроскопия
Уақыт бойынша шешілетін инфрақызыл (TRIR) спектроскопиясы да екі импульсті, "соққы-талдау" әдістемесін қолданады. Соққы импульсі әдетте ультракөк сәулелену аймағында болады және көбінесе жоғары қуатты Nd:YAG лазерімен туындайды, ал талдау сәулесі инфрақызыл аймақта болады. Бұл техника қазіргі таңда пикосекундтық уақыт режимінде жұмыс істейді және қоздырылған күйдегі қараңғы және сәуле шығаратын күйлердің кинетикасы туралы құрылымдық ақпаратты ұсына отырып, уақытша сіңіру және сәуле шығару спектроскопиясынан басым түседі.
Уақыт резюмесімен фотоэмиссиялық спектроскопия және 2PPE
Уақыт бойынша шешілетін фотоэмиссиялық спектроскопия және екі фотонды фотоэлектрондық спектроскопия (2PPE) – фотоэмиссиялық спектроскопияның маңызды кеңейтімдері болып табылады. Бұл әдістерде сорғы-зонд конфигурациясы қолданылады. Көбінесе сорғы мен зонд импульстік лазер арқылы жасалады және ультракөк сәуле (UV) аймағында жұмыс істейді. Сорғы қызығушылық тудырған атомды немесе молекуланы қозады, ал зонд оны иондайды. Осы процестен туындаған электрондар немесе оң иондар тіркеледі. Сорғы мен зонд арасындағы уақыт аралығы өзгертілгенде, фотоөнімдердің энергиясының (және кейде эмиссия бағытының) өзгеруі байқалады. Кейбір жағдайларда иондау зонды ретінде төмен энергиялы бірнеше фотон қолданылады.