ស៊េរីមួយនៅលើ TAS - គោលការណ៍ជាមូលដ្ឋាននៃការស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្ន Spectroscopy

Transient absorption spectroscopy (TAS) សំដៅលើថ្នាក់នៃបច្ចេកទេសដែលគ្របដណ្តប់មុខងារជាច្រើន។ ជាការសំខាន់ វាពង្រីកសមត្ថភាពនៃការស្រូបចូលថេរដោយបន្ថែមដំណោះស្រាយពេលវេលា។ ស្រដៀងគ្នាទៅនឹងរបៀបដែលការស្រូបចូលនៃស្ថានភាពស្ថិរភាពលាតសន្ធឹងលើតំបន់វិសាលគមផ្សេងៗគ្នា TAS អាចត្រូវបានចាត់ថ្នាក់តាមជួរវិសាលគមរបស់វា៖ UV-Vis-NIR (IR), transient THz, transient microwave និង spectroscopy កាំរស្មីអ៊ិចបណ្តោះអាសន្ន។ ជួរនីមួយៗគឺសមរម្យសម្រាប់ការស៊ើបអង្កេតដំណើរការរំភើបផ្សេងៗគ្នា។ ឧទាហរណ៍ UV-Vis-NIR TAS ផ្តោតលើការផ្លាស់ប្តូរអេឡិចត្រូនិច និងឌីណាមិកដែលបង្កើតដោយ photoinduced; ពាក់កណ្តាល IR TAS រកឃើញសញ្ញារំញ័រចំណងគីមី; transient THz spectroscopy អាចចាប់យកការវិវត្តន៍នៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនសាកថ្មឥតគិតថ្លៃដែលផលិតដោយ photoinduced នៅក្នុង semiconductors ឬសម្ភារៈលោហៈ។ តាមទស្សនៈបច្ចេកទេស ខណៈពេលដែលការអនុវត្តខុសគ្នា គោលការណ៍ស្នូលនៅតែដដែល។ អត្ថបទនេះនឹងផ្តោតលើ UV-Vis-NIR និង transient THz spectroscopy ដើម្បីជួយអ្នកអានឱ្យយល់ពីខ្លឹមសារនៃ TAS ។

 

ជាញឹកញាប់យើងជួបប្រទះពាក្យ 'pump-probe' នៅក្នុងការស្រាវជ្រាវវិទ្យាសាស្ត្រ។ 'បូម' មានន័យថា រំភើប ខណៈ 'ស៊ើបអង្កេត' សំដៅលើការសង្កេតដែលពន្យារពេល។ គំរូមានការរំភើប ហើយបន្ទាប់មកធ្វើការស៊ើបអង្កេតនៅពេលពន្យារពេលផ្សេងៗគ្នា ដើម្បីកត់ត្រាការវិវត្តនៃដំណើរការរូបវិទ្យា ឬគីមីតាមពេលវេលា។ អាស្រ័យលើមាត្រដ្ឋានពេលវេលា TAS រួមមាន femtosecond TAS (fs ដល់ ns) nanosecond TAS (sub-ns to µs) និង flash photolysis (រាប់សិប ns ទៅ វិនាទី) ។ ដំណោះស្រាយពេលវេលាខ្លីជាងនេះទាមទារឧបករណ៍ទំនើបជាងមុន ដូចជាឡាស៊ែរ femtosecond ចំណែកឯការថតរូបពន្លឺភ្លើងត្រូវការតែចង្កៀង xenon និងការរកឃើញច្រកទ្វារប៉ុណ្ណោះ។

 

លើសពីនេះទៀត វិសាលគមស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្ន ជាធម្មតាធ្វើការស៊ើបអង្កេតការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុងសញ្ញាស្រូបទាញនៅក្នុងផ្នែកនៃសម្ភារៈ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ វាក៏អាចរកឃើញសញ្ញាឆ្លុះបញ្ចាំងលើផ្ទៃ ដើម្បីអនុវត្ត spectroscopy ឆ្លុះបញ្ចាំងបណ្តោះអាសន្ន។ មិនដូចការស្រូបយកបណ្តោះអាសន្នទេ វិសាលគមឆ្លុះបញ្ចាំងបណ្តោះអាសន្នគឺមានភាពរសើបចំពោះឌីណាមិកដែលបង្កើតដោយរូបថតដែលកើតឡើងនៅលើផ្ទៃ ឬចំណុចប្រទាក់នៃគំរូមួយ។ យើងនឹងណែនាំបច្ចេកទេសនេះឱ្យកាន់តែលម្អិតនៅពេលក្រោយនៅក្នុងស៊េរីនេះ។ ក្នុងរយៈពេលប៉ុន្មានឆ្នាំចុងក្រោយនេះ ជាមួយនឹងការរីកចម្រើនផ្នែកបច្ចេកវិទ្យាជាបន្តបន្ទាប់ មុខងារនៃ spectroscopy ស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្នក៏ត្រូវបានពង្រីក និងពង្រឹងផងដែរ។ ជាឧទាហរណ៍ តាមរយៈការរួមបញ្ចូលគ្នារវាងការស្រូបចូលបណ្តោះអាសន្នជាមួយនឹងមីក្រូទស្សន៍ ការថតចម្លងបណ្តោះអាសន្ននៅខ្នាតមីក្រូណាណូអាចត្រូវបានគេដឹង។ តាមរយៈការស្កែនទំហំគំរូ ឬកាំរស្មីឡាស៊ែរ ការថតរូបភាពបណ្តោះអាសន្ននៅកម្រិតមីក្រូ/ណាណូក៏អាចសម្រេចបានដែរ។ លើសពីនេះទៅទៀត តាមរយៈការបញ្ចូលលក្ខខណ្ឌដូចជា សីតុណ្ហភាពទាប វាលអគ្គិសនី/ម៉ាញេទិក ឬសម្ពាធខ្ពស់ ការវាស់វែងស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្នអាចត្រូវបានអនុវត្តក្រោមបរិយាកាសផ្សេងៗ។ បច្ចេកទេសរួមបញ្ចូលគ្នាទាំងនេះបានពង្រីកយ៉ាងសំខាន់នូវវិសាលភាពកម្មវិធីនៃ spectroscopy ស្រូបចូលបណ្តោះអាសន្ន។

 

គោលការណ៍ជាមូលដ្ឋាននៃការស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្ន Spectroscopy

មុននឹងប្រើ spectroscopy ស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្នប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព យើងត្រូវយល់អំពីគោលការណ៍គ្រឹះរបស់វាជាមុនសិន តើបច្ចេកទេសនេះវាស់វែងអ្វីខ្លះ? សរុបមក វិសាលគមស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្នអាចរកឃើញដំណើរការ photophysical ឬ photochemical ដែលកើតឡើងនៅពេលដែលសម្ភារៈត្រូវបានរំជើបរំជួលដោយពន្លឺ ផ្តល់ថាដំណើរការ photophysical ឬ photochemical ទាំងនេះបង្កើតសញ្ញាឆ្លើយតបដែលត្រូវគ្នានៅក្នុងជួរនៃការរកឃើញវិសាលគម។ យើងនឹងចាប់ផ្តើមជាមួយនឹងដំណើរការស្រូបសារធាតុស្រូបក្នុងស្ថានភាពស្ថិរភាព ដើម្បីពន្យល់ពីគោលការណ៍គ្រឹះនៃការបង្កើតការស្រូបយកបណ្តោះអាសន្ន។ នៅក្នុងផ្នែកខាងក្រោម យើងនឹងណែនាំអំពីមូលដ្ឋានរូបវន្តនៃការស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្នដោយប្រើម៉ូលេគុលសរីរាង្គ និងចំណុច quantum dots ជាឧទាហរណ៍ ដើម្បីបង្ហាញពីប្រភេទនៃដំណើរការរំភើប-រដ្ឋអាចត្រូវបានគេសង្កេតឃើញដោយប្រើបច្ចេកទេសនេះ។

 

ការបង្កើតនិងការប្រមូលផ្តុំនៃសញ្ញាស្រូបយកបណ្តោះអាសន្ន

Transient absorption spectroscopy គឺជាផ្នែកបន្ថែមនៃការស្រូបចូលក្នុងស្ថានភាពថេរ។ ស្នូលនៃការបង្កើតសញ្ញាស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្នស្ថិតនៅក្នុងសមត្ថភាពរបស់គំរូក្នុងការស្រូប photons ។ យោងទៅតាមច្បាប់ Lambert-Beer នៅពេលដែលពន្លឺនៃប្រវែងរលកជាក់លាក់មួយ (λ) ឆ្លងកាត់គំរូ ការថយចុះនៃអាំងតង់ស៊ីតេបង្ហាញពីការស្រូបនៅរលកពន្លឺនោះ (មិនអើពើនឹងឥទ្ធិពលនៃការខ្ចាត់ខ្ចាយ) (រូបភាពទី 1) ។ សម្រាប់គំរូដំណោះស្រាយ ការស្រូបយករបស់វា (A) ត្រូវបានគណនាដូចខាងក្រោម៖

រូបភាពទី 1. ការស្រូបចូល និងការគណនាស្ថិរភាពដោយផ្អែកលើច្បាប់ Lambert-Beer

កន្លែងណា៖

• I(λ) ₁: អាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺបន្ទាប់ពីឆ្លងកាត់គំរូ

• I(λ) ₀: អាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺនៅពីមុខគំរូ

• α(λ): មេគុណស្រូបយកម៉ូលេគុលនៅរលកចម្ងាយλ

• C: កំហាប់ថ្គាម

• l: ប្រវែងផ្លូវឆ្លងកាត់គំរូ

 

នៅក្នុងជួរវិសាលគម Vis-NIR ធម្មតា ការស្រូបទាញជាធម្មតាឆ្លុះបញ្ចាំងពីការផ្លាស់ប្តូរអេឡិចត្រូនិចពីស្ថានភាពដីទៅស្ថានភាពរំភើប។ វិសាលគមស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្នរកឃើញការផ្លាស់ប្តូរនៃការស្រូបយកដែលបណ្តាលមកពីការបង្កើត ការសម្រាក ឬការផ្លាស់ប្តូរនៃស្ថានភាពរំភើបដោយសារតែការរំភើបស្រាល (បូម)។ ការផ្លាស់ប្តូរត្រូវបានទទួលដោយការប្រៀបធៀបវិសាលគមមុន និងក្រោយពេលរំភើប។ គោលការណ៍ជាមូលដ្ឋាននៃដំណើរការប្រមូលនេះត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 ។

រូបភាពទី 2. គោលការណ៍ជាមូលដ្ឋាននៃការរកឃើញការស្រូបយកបណ្តោះអាសន្ន។ ការស៊ើបអង្កេតពន្លឺពណ៌សវាស់ការផ្លាស់ប្តូរនៃការស្រូបយកនៅពេលវេលាពន្យាពេលខុសៗគ្នាបន្ទាប់ពីការរំភើបដោយជីពចរបូម ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការសង្កេតនៃឌីណាមិកបណ្តោះអាសន្ន។

សរុបមក TAS បញ្ចេញជីពចរឡាស៊ែរពីរដែលធ្វើសមកាលកម្ម៖ ជីពចរបូមដើម្បីរំភើបគំរូ និងជីពចរស៊ើបអង្កេត (ឧ. ពន្លឺពណ៌ស) ដើម្បីរកមើលការស្រូបយករបស់វា។ ឧបករណ៍កាត់មេកានិចត្រូវបានដាក់នៅក្នុងផ្លូវធ្នឹមបូមដើម្បីកាត់បន្ថយអត្រាពាក្យដដែលៗរបស់វា។ នេះអនុញ្ញាតឱ្យជីពចរស៊ើបអង្កេតថតឆ្លាស់គ្នា៖

• វិសាលគមស្រូបនៃសំណាកដែលមិនរំភើប (មិនបានបូម)

• វិសាលគមស្រូបយកបន្ទាប់ពីការរំភើប (បូម) នៅពេលវេលាពន្យាពេលដែលបានគ្រប់គ្រង t

ជាឧទាហរណ៍ ប្រសិនបើទាំងភ្លើងស្នប់ និងភ្លើងស្តុបគឺជាឡាស៊ែរដែលមានប្រេកង់ដដែលៗនៃ 1 kHz ការកាត់ភ្លើងបូមនឹងកាត់បន្ថយប្រេកង់ដដែលៗនៃភ្លើងស្នប់មកត្រឹម 500 Hz ខណៈពេលដែលប្រេកង់ដដែលៗនៃពន្លឺស៊ើបអង្កេតនៅតែមាននៅ 1 kHz ។ ជាលទ្ធផល ក្នុងចំណោមវិសាលគមស្រូបទាញដែលប្រមូលបានដោយការស៊ើបអង្កេត 500 Hz តំណាងឱ្យវិសាលគមស្រូបនៅពេលគំរូមិនរំភើប ហើយ 500 Hz តំណាងឱ្យអ្នកដែលគំរូរំភើប។ សញ្ញា spectroscopy ស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្នអាចត្រូវបានគណនាដោយប្រើរូបមន្តខាងក្រោម៖

កន្លែងដែលខ្ញុំ _0-បូម = ខ្ញុំ _{0-ពន្លា} ។ ដូច្នេះ សញ្ញាស្រូបយកបណ្តោះអាសន្ន ∆A អាចទទួលបានដោយការប្រៀបធៀបអាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺបន្ទាប់ពីឆ្លងកាត់គំរូទាំងក្នុងស្ថានភាពរំភើប និងមិនរំភើប។ តាមរយៈការណែនាំពេលវេលាពន្យាពេល t រវាងស្នប់ និងការស៊ើបអង្កេត សញ្ញាស្រូបយកបណ្តោះអាសន្នអាចបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរអាស្រ័យលើពេលវេលានៅក្នុងការស្រូប ΔA(λ, t) បន្ទាប់ពីការរំភើប។

លើសពីនេះ សញ្ញាស្រូបទាញបណ្តោះអាសន្នក៏អាចតំណាងឱ្យនៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃការបញ្ជូន (T) ដែលពិពណ៌នាអំពីការផ្លាស់ប្តូរនៃការបញ្ជូនដូចជា៖

នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌ ∆A<<1, ∆T/T≈-∆A × ln10 ដែលមានន័យថាការផ្លាស់ប្តូរនៃការបញ្ជូនគឺទាក់ទងបញ្ច្រាសទៅនឹងសញ្ញាស្រូបយកបណ្តោះអាសន្ន។

 

សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

នៅក្នុងផ្នែកខាងលើ យើងបានណែនាំយ៉ាងខ្លីអំពីនីតិវិធីជាមូលដ្ឋាននៃ spectroscopy ស្រូបយកបណ្តោះអាសន្ន និងគោលការណ៍មូលដ្ឋានរបស់វា។ សូមរង់ចាំតាមដានបន្ថែមទៀត។

 

(រក្សាសិទ្ធិគ្រប់យ៉ាង។ ប្រសិនបើអ្នកត្រូវការដកស្រង់ សូមដកស្រង់ប្រភព)