飞秒时间分辨质谱方法研究CF_3I光电离动力学

利用飞秒双色泵浦 探测 (pump probe)飞行时间质谱方法研究了CF3 I分子多光子电离动力学 ,所用泵浦光及探测光的中心波长分别为 2 6 5和 398nm .获得了母分子离子CF3 I+ 信号及其碎片离子CF3 + 和I+ 信号的寿命衰减常数分别为 (96± 7)、(198± 13)和 (16 7± 6 )fs.这些离子产生的多光子通道机理不同 :CF3 I来自 (1+2′)跃迁 ,单光子泵浦光与CF3 IA带共振 ;驭光子泵浦光激发CF3 I分子到 5 pπ7sδ(2 Π1/ 2 )里德伯态 ,单光子探测光电离产生的母分子离子解离产生CF3 + ;I+ 来自 (2 +2′)和 (1+1′ +2′)

基于各向异性及后加速技术的百飞秒时间分辨条纹管设计

减小空间电荷效应及扫描偏转系统边缘场效应引起的时间弥散是实现百飞秒级时间分辨条纹管的关键.本文提出并设计了一种新型飞秒条纹管,结合超高加速电场、高扫描速度和后加速电场的设计,可在光电阴极4 mm×10μm的范围内实现100 fs量级的时间分辨率.通过优化设计加速电极结构,使光电阴极有效探测范围内的电子均可在15 kV/mm量级的强电场中加速运行,有效地抑制了电子脉冲的物理时间弥散;在阳极入口处放置窄狭缝以减小大角度光电子引起的时空弥散对性能的影响;最后在荧光屏处设置+5000 V的高电位,以缩短光电子在等位区的渡越时间,进一步减小空间电荷效应引起的时间弥散.最终,此设计方法能够将条纹管的时间分辨率提高至百飞秒量级.

飞秒时间分辨质谱和光电子影像对分子激发态动力学的研究

分子量子态的研究,特别是分子激发态演化过程的研究不仅可以了解分子量子态的基本特性和量子态之间的相互作用,而且可以了解化学反应过程和反应通道间的相互作用.飞秒时间分辨质谱和光电子影像是将飞秒抽运-探测分别与飞行时间质谱和光电子影像相结合的超快谱学方法,为实现分子内部量子态探测,研究分子量子态相互作用及超快动力学过程提供了强有力的工具,可以在飞秒时间尺度下研究单分子反应过程中的光物理或光化学机理.本文详细介绍了飞秒时间分辨质谱和光电子影像的技术原理,并结合本课题组的工作,展示了这两种方法在量子态探测及相互作用研究领域,特别是激发态电子退相、波包演化、能量转移、分子光解动力学以及分子激发态结构动力学研究中的广泛应用.最后,对该技术的发展前景以及进一步的研究工作和方向进行了展望.

基于超高效液相色谱-四极杆飞行时间高分辨质谱的高通量血清代谢组学方法

采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间高分辨质谱(UPLC-QTOFMS)联用技术,对血清前处理进行了考察和优化,并对液-质联用分析条件进行了优化,旨在建立用于血清中广谱小分子代谢物分析的高通量强耐用代谢组学方法,以期满足大批次生物样本数代谢组学研究的要求(样本数≥400个).通过考察不同有机溶剂沉淀蛋白对血清中蛋白的去除程度及38个代表性标准品化合物的提取效果,确定采用甲醇/乙腈(体积比1∶9)沉淀蛋白法.血清和有机溶剂的体积比不小于1∶4时,达到最佳的沉淀蛋白处理效果,符合大批量样本测试的要求;预先冷藏沉淀蛋白的有机溶剂,涡旋2 min,超声1 min,加入有机溶剂后冷冻静置10 min,可以进一步提高前处理沉淀蛋白和化合物提取的效果.通过对不同流动相体系和梯度条件的考察,对液-质联用分析条件进行了优化.方法学考察结果表明,本方法重现性、精密度及稳定性均良好.对重现性和48 h稳定性数据进行变异系数分析和主成分分析法的多维分析,证明本方法在代谢组学研究中的可重复性及所得数据的可靠性.本方法高通量强耐用,每天可测定100多个血清样本(13 min测定1个样本),适用于代谢组学研究,特别是大批次生物样本的代谢组学研究.

时间分辨飞秒激光诱导击穿光谱的设计与研究

激光诱导击穿光谱(LIBS)具有样品无需预处理,操作简单,分析快速等优点,已在多个领域获得应用。实验搭建了飞秒激光诱导击穿光谱(Fs-LIBS)装置,使用波长800 nm,脉宽100 fs的飞秒激光器作为激发光源,门控ICCD作为检测器。LIBS用于检测静态液体时会发生液体波动飞溅等问题,信号较差,该实验以液体射流的方式进样,以NaCl标准溶液为模型体相,Na(Ⅰ)589.0 nm为分析线进行测试。该实验采用时间分辨LIBS的方法,考察了飞秒激光作用于样品后的LIBS发射光谱随时间的演化,发现在激光脉冲作用于样品表面40 ns后Na原子发射谱线达到最强,信背比也同时达到最大值。表明飞秒脉冲激发的LIBS可以通过时间分辨,有效消除宽带背景发射的影响,更高效地对样品中的待测目标进行检测。研究了激光激发功率、ICCD门宽、激光焦点到样品表面距离等实验条件对LIBS信号强度和信噪比的影响,并优化了实验参数。在延迟时间40 ns、激发功率100 mW、门宽5μs、焦点位于样品前表面的最佳实验条件下,测试了海水样品的LIBS光谱和Na含量,检测了不同浓度NaCl标准溶液,并绘制了Na(Ⅰ)589.0 nm的定标曲线,得到NaCl标准溶液中Na元素的检测限为0.98 mg·L^(-1)。实验结果表明,LIBS技术满足快速、实时检测元素的要求,可以用于研究等离子体动力学演化过程,实现元素的定性和定量分析。

飞秒时间分辨质谱技术在超快动力学中的应用进展

飞秒时间分辨质谱技术是飞秒抽运-探测技术与飞行时间质谱技术的结合。可以测得在不同抽运-探测时间延迟下,分子电子激发态电离或解离而来的离子质谱;不同抽运-探测时间延迟下,质谱信号强弱的变化反映了激发态布居数的时态信息;给出了分子激发态和里德堡态中准确的寿命信息、分子激发态势能面非绝热耦合信息以及分子过渡态信息。介绍了飞秒时间分辨质谱技术在分子激发态研究中的最新应用进展,以及在里德堡态解离、异构化、内转换、系间交叉等超快动力学过程研究中的最新进展。指出飞秒时间分辨质谱技术将在一些新现象的研究中发挥重要的作用。

光系统Ⅱ捕光复合体飞秒时间分辨荧光特性的研究

采用时间分辨荧光光谱技术研究了菠菜 (SpinaciaoleraceaL .)叶绿体中捕光色素复合体 (LHCⅡ )荧光的时间特性和光谱特性。用脉宽为 12 0fs、波长为 40 0nm的倍频钛宝石激光激发LHCⅡ样品 ;原始荧光信号由Boxcar采集 ,通过建立多指数模型 ,用非线性最小二乘法拟合 ,得到了激发能在LHCⅡ中传递的时间常数分别为 :32 0fs、4.0ps和 2 0 .0ps。相对应的各组分荧光占总荧光的百分比分别为 :3.4%、5 0 .0 %和 46 .6 %。经全局分析 ,解得荧光强度随波长变化曲线 ;用高斯 3峰解叠得到荧光光谱的峰值波长分别为 :6 5 2nm、6 72nm和 6 91nm。通过分析得出了时间常数与LHCⅡ中各色素成分之间的对应关系 。

PSⅡ核心复合物能量传递的飞秒时间分辨荧光光谱学研究

运用稳态、瞬态荧光光谱技术对光系统Ⅱ核心复合物的能量传递动力学进行研究。分别用436 nm光脉冲激发叶绿素a分子、451 nm光激发叶绿素a和β-胡萝卜素分子、473和481 nm光激发β-胡萝卜素分子,得到5组反应能量传递、电荷重组等过程的寿命组分:8～40 ps为核心天线中β-胡萝卜素分子通过相邻β-胡萝卜素分子或中间叶绿素a向叶绿素a分子传递能量的时间;85～152 ps为核心天线色素分子激发能传递时间;201～925 ps反映部分电荷重组过程;1.031～1.21 ns为参与能量传递的色素分子从激发态衰退回到基态的时间;6.17～18.13 ns的长寿命时间组分归因于P680+Pheo-的重组过程。将荧光发射谱进行高斯解析,发现在核心复合物中还至少存在Chla683685、Chla680682、Chla673,677679三种特征叶绿素a分子。

高Tc超导体的室温飞秒时间分辨谱研究

本文研究了室温下ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_（７－ｘ）（ｘ＝０．１，０．４，０．８）和ＰｒＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_（６．９）外延膜的飞秒瞬态反射谱。结果表明，瞬态反射信号△Ｒ（ｔ）的符号和弛豫时间与载流子浓度密切相关，对超导的ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_（６．９），样品进行不同程度的去氧处理或者用Ｒｒ替代Ｙ后，△Ｒ（ｔ）的符号由正变负，弛豫时间由小于１００ｆｓ增加到大于１ｐｓ，说明在高Ｔｃ氧化物超导体中，载流子浓度的减少使载流子－声子耦合强度降低。

DMSO溶剂中All-trans-astaxanthin激发态的飞秒时间分辨光谱

基于飞秒时间分辨瞬态吸收和多元瞬态光栅光谱技术对全反式Astaxanthin(AXT)在DMSO溶剂中的超快激发态弛豫动力学进行了观测.结果表明,光激发后AXT/DMSO体系直接发生S_0→S_2跃迁,基态漂白对应光谱范围为420~550nm.由S_2→S_1的内转换过程发生的时间常数为120~160fs.S_1态激发态吸收对应的光谱范围为550~740nm,基态漂白恢复过程对应的是S_1→S_0的内转换过程,其时间尺度为4.50~5.50ps.

飞秒激光引导高压放电下的SF6等离子体时间分辨光谱特性

SF6作为气体绝缘介质广泛应用于气体绝缘设备中,其电弧等离子体得到广泛研究,但对SF6电弧等离子体时间分辨光谱特性的研究还未见报道.本文在SF6环境中利用飞秒激光自聚焦产生的光丝引导高压放电,诱导产生SF6等离子体;利用光谱系统采集300—820 nm波长范围内的SF6等离子体光谱,对光谱谱线开展了识别和归属研究,S和F谱线主要分布在300—550 nm和600—800 nm波段,分析认为S和F原子主要由SF6被高能电子碰撞直接或间接产生,S离子由S原子被高能电子撞击产生.给出了SF6等离子体的时间分辨光谱,等离子体光谱强度先增大后减弱,均由带状光谱和分立光谱叠加而成,带状光谱主要是由轫致辐射和复合辐射共同作用导致,基于时间分辨光谱得到了部分S和F的荧光寿命.给出了电子温度和电子密度随时间的演化规律,二者演化规律基本相同,且都随延迟时间呈指数衰减.最后,利用Mc Whirter准则得到SF6等离子体处于局部热平衡.研究结果对于开展SF6分解机理和高压设备运行状态在线监测技术研究具有重要意义.

飞秒时间分辨取样光谱仪的研制

研制的飞秒(10^(-15)s)时间分辨取样光谱仅由三部分组成:①飞秒激光探针弥散补偿光学系统,②氩激光泵浦掺钛兰宝石飞秒激光系统,③信号探测、数据采集分析处理系统。掺钛兰宝石飞秒激光器在7W氩激光全线泵浦下,能输出平均功率400mW、持续期50fs到300fs的光脉冲。其光谱可在750nm到920nm范围内调谐,经LBO晶体倍频,能得到375nm到460nm的二次谐波。整体取样光谱仪的时间分辨为90fs到320fs,光谱分辨率好于0.1nm,泵浦一探测差异吸收灵敏度达到10^(-6)～10^(-7)量级。该光谱仪已用于"八五"国家攀登计划"飞秒激光技术与超快过程研究"项目中的光合作用PSⅡ反应中心原初电荷分离等超快过程研究。

划时代的高分辨质谱——安捷伦6550 iFunnel四极杆-飞行时间液相色谱/质谱联用仪

本文主要介绍了全新的安捷伦6550 iFunnel四极杆-飞行时间液相色谱/质谱联用仪。安捷伦6550 iFunnel Q-TOF引入了划时代的安捷伦iFunnel技术,以无可比拟的速度和灵敏度,实现一台仪器上同时完成最具挑战性的定性和定量分析。6550 iFunnel Q-TOF集突破性的iFunnel技术、离子束压缩冷却技术(IBCS)技术、喷射流离子聚焦技术Jet Stream4、GHz高速检测器和模数转换采集模式(ADC)和双增益放大器等最强创新技术于一身,打造出同时具有高分离度、超高质量精度和飞克级灵敏度的高分辨质谱仪。

飞秒时间分辨实验中泵浦-探测交叉相关函数的测量和时间零点的确定

飞秒激光技术的出现使得实时探测与跟踪激发态超快弛豫动力学过程成为可能,并能够给出激发态动力学过程清晰的物理图像。而在飞秒时间分辨实验中,泵浦-探测相关函数和时间零点直接影响实验结果的可靠性和准确性。本文结合飞秒激光在分子激发态超快动力学过程中的应用进展,介绍了根据实验条件和要求,在具体实验过程中泵浦-探测相关函数测量和时间零点确定的几种方法。实验中选择可见光作为泵浦光和探测光时,可以通过测定随泵浦-探测时间延迟变化的泵浦激光与探测激光的和频/差频光强来确定泵浦探测交叉相关函数和时间零点;而选择中心波长在紫外甚至真空紫外的激光脉冲作为泵浦光或探测光时,泵浦-探测交叉相关函数通常采用校正的方法测量。

聚腈分子的飞秒时间分辨光克尔效应

本文利用飞秒时间分辨光克尔效应，对主链为C＝N结构的两种共轭聚腈高分子（聚氨基苯腈和聚硝基苯腈）的溶液和薄膜进行研究，所测得的时间分辨光克尔信号均表现为超快响应。测定出较大的材料三阶非线性极化率和相应的分子二阶超极化率，给出每种聚腈分子的二阶超极化率随其聚合度的增大而提高的大致规律。

飞秒激光诱导铝等离子体时间分辨光谱研究

在大气环境下利用中心波长800nm、脉宽为30fs的激光聚焦在铝靶上,测定了激光诱导铝等离子体中铝原子的时间分辨发射谱.在局部热平衡条件近似下,根据实验测定的谱线相对强度得到了等离子体的电子温度;研究了激光脉冲能量对等离子体电子温度的影响和等离子体电子温度的时间演化特性.同时,实验发现了394.4nm和396.1nm两条铝原子谱线存在较强的自吸收效应,实验结果表明随着激光脉冲能量的减少和延时的增加,自吸收现象逐渐消失.

我国首例飞秒时间分辨近场光学系统成功实现

北京大学物理学院张家森教授等人在今年6月出版的《物理学报》上，发表了题为“飞秒时间分辨近场光学系统实现及其应用”的论文。这是国内首例实现飞秒光脉冲和近场光学显微镜相结合，成功实现了三维空间加一维时间的四维高分辨光谱，从而为研究介观尺度下的超快物理过程提供了有力的工具。在国际上，

飞秒时间分辨近场光学系统

北京大学物理学院教授张家森在近期出版的《物理学报》上，发表了题为《飞秒时间分辨近场光学系统实现及其应用》的论文。这篇文章表明，我国科学家实现了国内首例飞秒近场光学系统，时间分辨力达到170fs，空间分辨力达到80nm。此前，国际上只有瑞典、日本等国的几个研究小组达到这一水平。在7月27H举行的中国科协第七次科技期刊与媒体见面会上，有关专家将这一成果推荐给大众媒体。

我国科学家实现首例飞秒时间分辨近场光学系统

我国科学家已成功实现首例飞秒时间分辨近场光学系统。从而使中国在飞秒这一时间尺度领域的基础理论及应用研究达到世界先进水平。