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2D IR 분광학의 독특한 힘

2D IR 분광학은 Baiz 그룹이 연구에 사용하는 몇 가지 강력한 도구 중 하나입니다. 2D 분광학의 원리는 잘 알려져 있지만 구현이 상당히 복잡한 경우가 많습니다. 기존(1차원) 적외선 흡수 측정에서는 일반적으로 FTIR(푸리에 변환) 분광계를 사용하여 단일 매개변수인 적외선 주파수의 함수로 흡수량을 측정합니다. 각 흡수 피크는 서로 다른 분자 진동에 해당합니다. 2D IR에서는 펌프와 프로브라는 두 개의 적외선 소스를 통해 흡수가 효과적으로 측정됩니다. 그런 다음 데이터는 일반적으로 두 주파수의 2D 등고선 맵으로 표시됩니다. 여기서 대각선 플롯은 선형 스펙트럼입니다. 그림 1에 표시된 것처럼 이러한 데이터 플롯에서 신호 강도를 나타내기 위해 가색상이 사용됩니다. [1]

왜? 다른 방법으로는 쉽게 얻을 수 없는 이 다소 복잡한 실험적 접근 방식은 무엇을 제공합니까? 대각선을 벗어난 피크가 존재한다는 것은 두 진동이 결합되어 있음을 의미합니다. 즉, 하나 이상의 원자를 공유하거나 일종의 화학적 상호작용으로 밀접하게 연결되어 있음을 의미합니다. 예를 들어, 피크의 모양은 균질하고 비균질한 확장 구성 요소를 드러내고 이는 차례로 분자와 주변 환경의 상호 작용에 대한 동적 정보를 제공합니다. 분석 및 모델링을 통해 데이터 세트에서 기타 보다 미묘한 정보를 추출할 수도 있습니다. 

데이터는 주파수 영역에 표시되지만 오늘날 대부분의 2D 분광학은 그림 1에 개략적으로 표시된 것처럼 초고속 레이저 펄스를 사용하여 시간 영역에서 수행됩니다. 샘플은 관심 있는 모든 주파수를 포함하는 두 개의 광대역 펨토초 펌프 펄스에 의해 여기됩니다. 그런 다음 두 펌프 펄스 사이의 지연이 반복적으로 스캔되고 프로브 펄스에 대한 결과 영향이 주파수 영역으로 푸리에 변환됩니다. (FT-NMR이 수행되는 방식과 개념적으로 유사합니다.) 프로브 펄스는 관심 있는 모든 주파수를 포함하는 광대역 펨토초 펄스이기도 합니다. 이것이 샘플을 통과한 후 단색광 장치에 분산되어 프로브 주파수 축을 직접 얻습니다. 스펙트럼은 레이저 펄스를 사용하여 기록되므로 펌프와 프로브 사이의 지연을 제어하여 이러한 모든 효과의 일관성 시간과 같은 시간적 동작을 표시할 수도 있습니다.

다양한 기능을 갖춘 강력한 실험 시스템

Baiz는 "2D IR은 지질막에서 수소 결합의 역학을 조사하는 탁월한 방법임이 잘 입증되었습니다. 친수성/소수성 차이가 인터페이스를 정의하는 것이며, 수소 결합 역학은 벌크에 비해 인터페이스에서 크게 붕괴됩니다."라고 말합니다. Baiz는 자신의 연구에서 2D IR의 또 다른 장점은 카르보닐(C=O) 신축 진동에서 얻을 수 있는 상대적으로 강한 신호라고 덧붙였습니다. 일반적인 지질의 대부분은 물과의 수소 결합에 주요 참여자인 이러한 카르보닐 그룹을 갖고 있으므로 이는 다양한 이질적 집합에서 지질을 대상으로 하는 그의 연구와 매우 잘 일치합니다. [2-3]

2D IR 설정의 레이저 소스는 다음과 같습니다.일관된 아스트렐라조정 가능한 광학 파라메트릭 증폭기(NDFG가 포함된 바카라 카지노 TOPAS Prime)와 함께 사용됩니다. Astrella는 약 800nm의 중심 파장에서 100fs 펄스를 생성하는 독특한 원박스 증폭기입니다. OPA/NDFG 설정은 전체 중간 적외선에 걸쳐 조정 가능한 펄스를 생성합니다. 이는 일반적으로 Baiz 설정에서 5.7~6.2 마이크론 사이의 중심 파장으로 조정되며, 이는 지질과 단백질의 카르보닐 스트레칭 진동을 일치시키기 위해 1750~1580cm-1의 주파수에 해당합니다. 100fs 펄스 폭은 동일한 측정 중에 지질 에스테르 카르보닐과 단백질 아미드 카르보닐을 조사하는 데 충분한 스펙트럼 범위를 제공합니다.

동시 공간 및 시간 분해능을 갖춘 온도계

그림 2는 Baiz 연구실에서 사용되는 2D IR 설정의 주요 요소를 개략적으로 보여줍니다. 초고속 2D IR 실험 초기에는 맞춤형 장비를 사용하여 별도의 펄스가 생성되었습니다. 이는 간섭 품질을 사용하여 샘플의 모든 빔을 겹치게 하는 중요한 정렬 문제로 이어지는 다양한 빔 경로에서 생성되었습니다. 오늘날 Baiz와 같은 연구자들은 상업용 펄스 성형기(PhaseTech Spectroscopy Inc.의 Quickshape)를 사용하여 밀접하게 간격을 둔 여기 펄스를 생성하고 모든 펄스는 단일 공선형 빔 경로에서 생성되어 실험을 크게 단순화합니다.

바카라 카지노 Astrella 신호 지연 발생기(SDG Elite)의 고급 전자 펄스 지연 기능은 과도 2D IR 분광학과 같은 일부 고급 실험에 유용합니다. 이 모드에서는 추가 UV 레이저를 사용하여 광트리거 화학 반응을 2D IR을 통해 추적합니다. [4] 기존의 "펌프-프로브" 방법과 유사하게 이 구현은 "UV-펌프-2D IR 프로브"로 간주될 수 있습니다. SDG Elite의 다중 출력은 그림 2와 같이 광학 설정의 다양한 구성 요소를 동기화하는 데 사용됩니다.

운영 단순성으로 Baiz 연구소의 전염병 영향 최소화

2D IR 설정은 Baiz 연구실의 여러 학생과 박사후 연구원이 공유 리소스로 사용하므로 장기적인 신뢰성과 간단한 작동이 가능합니다.아스트렐라출력 안정성만큼 중요합니다. Baiz는 "학생들은 일반적으로 2주간의 시간 단위로 독점 사용을 할당받습니다. 이 일정이 원활하고 공정하게 진행되려면 신뢰할 수 있는 온디맨드 성능이 필요합니다. 우리는 Astrella를 통해 이를 얻었습니다. 실제로 우리는 레이저를 연중무휴 24시간 계속 작동시켜 놓고 잊어버리는 것이 가장 좋은 해결책이라는 것을 발견했습니다. 또한 드물게 레이저 문제가 발생하는 경우 거의 즉시 백업할 수 있는 훌륭한 서비스 계약도 맺고 있다는 점을 덧붙이고 싶습니다." Baiz는 Astrella의 작동 용이성("정말 단순한 광원일 뿐입니다")을 통해 학생들이 항상 레이저가 아닌 경험에 모든 에너지를 집중할 수 있게 되었다고 말합니다. 그러나 이는 2020년 코로나19로 인한 팬데믹 제한 기간 동안 실험실 생산성에 특히 중요했습니다. 그는 "대학 제한으로 인해 우리 연구실에서는 한 번에 한 사람만 작업할 수 있었습니다. 따라서 초고속 레이저 증폭기를 사용한 기존 경험이 거의 없는 후배들은 직접적인 도움이나 감독 없이 작업해야 했습니다. 하지만 이러한 인력 제한으로 인해 2020년에만 10개의 논문이 제출될 정도로 연구실 생산성이 전혀 저하되지 않았습니다."