लेजर और समय-समाधान स्पेक्ट्रोस्कोपी

लेजर प्रकाश की तीव्र, सुसंगत, ट्यून करने योग्य और अति-लघु स्पंद प्रदान करते हैं जो स्पेक्ट्रोस्कोपिस्टों को रासायनिक घटनाओं को वास्तविक समय में देखने की अनुमति देते हैं, जिसमें प्रतिक्रिया के दौरान परमाणुओं की फेम्टोसेकंड गतियाँ भी शामिल हैं।

Definition

लेजर और समय-समाधान स्पेक्ट्रोस्कोपी में स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकें शामिल हैं जो लेजर प्रकाश के विशेष गुणों, विशेष रूप से अति-लघु स्पंदों का उपयोग करती हैं, ताकि उच्च संवेदनशीलता के साथ स्पेक्ट्रा रिकॉर्ड किया जा सके और समय के एक फलन के रूप में आणविक प्रक्रियाओं का पालन किया जा सके।

Scope

यह विषय लेजर द्वारा सक्षम स्पेक्ट्रोस्कोपिक विधियों को शामिल करता है: लेजर प्रकाश के गुण जो उन्हें संभव बनाते हैं, जिनमें मोनोक्रोमैटिसिटी, सुसंगतता, उच्च तीव्रता और अति-लघु स्पंद अवधि शामिल हैं। यह उत्तेजित-अवस्था और प्रतिक्रिया गतिकी, अल्ट्राफास्ट और फेम्टोसेकंड स्पेक्ट्रोस्कोपी और फेम्टोकेमिस्ट्री, और मल्टीफोटॉन और सुसंगत रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसी अरेखीय विधियों का विकास करता है। इन विधियों द्वारा विस्तारित स्थिर-अवस्था इलेक्ट्रॉनिक और कंपन स्पेक्ट्रोस्कोपी को संबंधित विषयों में वर्णित किया गया है।

Core questions

• लेजर प्रकाश के कौन से गुण पारंपरिक स्रोतों से असंभव स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकों को सक्षम करते हैं?
• पंप-प्रोब विधि इलेक्ट्रॉनिक पहचान सीमाओं से कहीं अधिक समय समाधान कैसे प्राप्त करती है?
• फेम्टोकेमिस्ट्री बंधन टूटने और बनने के दौरान परमाणुओं की गति का अवलोकन कैसे करती है?
• अरेखीय और मल्टीफोटॉन विधियाँ अन्यथा दुर्गम अवस्थाओं तक कैसे पहुँचती हैं?

Key concepts

• लेजर गुण: सुसंगतता, तीव्रता, ट्यून करने की क्षमता, स्पंद अवधि
• पंप-प्रोब स्पेक्ट्रोस्कोपी
• अल्ट्राफास्ट और फेम्टोसेकंड स्पेक्ट्रोस्कोपी
• फेम्टोकेमिस्ट्री
• अरेखीय और मल्टीफोटॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी

Key theories

पंप-प्रोब समय समाधान

एक पहला लेजर स्पंद एक प्रक्रिया शुरू करता है और एक दूसरा, विलंबित स्पंद प्रणाली की जांच करता है; विलंब को स्कैन करने से डिटेक्टर की गति के बजाय स्पंद अवधि द्वारा निर्धारित समय समाधान के साथ गतिकी का पुनर्निर्माण होता है।

फेम्टोकेमिस्ट्री

एक कंपन अवधि से छोटे स्पंदों का उपयोग करके, एक प्रतिक्रियाशील अणु की संक्रमण अवस्थाओं और मध्यवर्ती ज्यामिति का सीधे अवलोकन किया जा सकता है, जिससे सक्रियित जटिल एक अनुमान से वास्तविक समय में ट्रैक की जा सकने वाली चीज़ में बदल जाता है।

Clinical relevance

लेजर और समय-समाधान स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रकाश संश्लेषण, दृष्टि और फोटोकेमिकल प्रतिक्रियाओं जैसी तीव्र प्रक्रियाओं के तंत्र को प्रकट करती है, ट्रेस डिटेक्शन और रिमोट सेंसिंग को सक्षम करती है, और फोटोनिक्स, सामग्री विज्ञान और प्रतिक्रिया गतिकी में उपयोग किए जाने वाले अल्ट्राफास्ट माप उपकरण प्रदान करती है।

History

टाउन्स, मैमन और अन्य द्वारा लगभग 1960 में विकसित मेसर और लेजर ने रसायन विज्ञान को सुसंगत, तीव्र प्रकाश स्रोत दिए; स्पंदों के लगातार छोटे होने का समापन 1980 के दशक के अंत में ज़ेवेल द्वारा प्रतिक्रियाओं के फेम्टोसेकंड अवलोकन में हुआ, जिसने फेम्टोकेमिस्ट्री की स्थापना की, जिसे 1999 के नोबेल पुरस्कार से मान्यता मिली।

Key figures

• Ahmed Zewail
• Theodore Maiman
• Charles Townes

Seminal works

• zewail2000
• atkins2018

Frequently asked questions

स्पेक्ट्रोस्कोपी केवल फेम्टोसेकंड तक चलने वाली घटनाओं को कैसे हल कर सकती है?

इलेक्ट्रॉनिक डिटेक्टर बहुत धीमे होते हैं, इसलिए समय समाधान दो अति-लघु लेजर स्पंदों के बीच के विलंब से आता है: पंप प्रक्रिया शुरू करता है और प्रोब एक नियंत्रित विलंब के बाद इसका नमूना लेता है, जिससे समय-पाठ्यक्रम बिंदु-दर-बिंदु बनता है।

लेजर प्रकाश स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए इतना उपयोगी क्यों है?

लेजर तीव्र, अत्यधिक मोनोक्रोमैटिक, सुसंगत, अक्सर ट्यून करने योग्य होते हैं, और उन्हें अत्यधिक छोटे स्पंदों में संपीड़ित किया जा सकता है; ये गुण एक साथ संवेदनशील, चयनात्मक, अरेखीय और समय-समाधान माप को सक्षम करते हैं जो असंगत लैंप स्रोत प्राप्त नहीं कर सकते।