Двухфотонный круглый дихроизм
![]() | Эта статья может быть слишком технической для большинства читателей, чтобы понять . ( Апрель 2018 г. ) |

Двухфотонный круглый дихроизм ( TPCD ), нелинейный аналог электронного кругового дихроизма (ECD) , определяется как различия между поперечным поглощением двухфотонного поглощения (TPA), полученных с использованием левого кругового поляризованного света и правого кругового поляризованного света (см. Рисунок 1). [ 1 ]
Фон
[ редактировать ]Как правило, двухфотонное поглощение (TPA) происходит в два раза больше длины волны при поглощении одного фотона (OPA). систем на основе TPCD Эта функция позволяет проводить исследование хиральных в области ультрафиолетового (УФ). ECD не может быть использован в этом регионе из -за вмешательства от сильного линейного поглощения типичных буферов и растворителей, а также из -за рассеяния, демонстрируемого неоднородными образцами в этом регионе. Несколько других преимуществ связаны с использованием нелинейного поглощения, т.е. высокого пространственного разрешения, усиленной глубины проникновения, улучшением фонового различия и уменьшенного фотодопа до живых образцов. [ 2 ] Кроме того, тот факт, что переходы TPA подчиняются различным правилам отбора, чем OPA (равноправность против нечетной стороны), приводит к тому, что мы считаем, что в хиральных молекулах ECD и TPCD должны представлять различные спектральные особенности, что делает два метода дополнительными. TPCD очень чувствителен к небольшим структурным и конформационным искажениям хиральных молекул и, следовательно, потенциально полезен для фундаментального исследования оптически активных молекул. Наконец, TPCD имеет потенциал для проникновения в далекую УК, где важная структурная/конформационная информация обычно неясна для ECD. Это позволило бы открыть новую информацию о молекулярных системах, представляющих интерес, такие как пептиды, биологические макромолекулы (позволяющие более глубоко понимать заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и Паркинсона ) и потенциальных кандидатов для негативного индекса преломления (для разработки устройств Cloaking Devices).
TPCD был применен в экспериментах с использованием Pump-robe , [ 3 ] зависимое от интенсивности многофотонное оптическое вращение, [ 4 ] резонансная многофотонная ионизация, [ 5 ] [ 6 ] и поляризационная модуляция одиночная луча Z-сканирование. [ 7 ] Первое экспериментальное измерение TPCD было выполнено в 1995 году с использованием метода на основе флуоресценции (FD-TPCD), [ 8 ] Но только после введения техники двойного L-сканирования в 2008 году Эрнандесом и коллегами, [ 9 ] То, что стал доступен более надежная и универсальная техника для выполнения измерений TPCD. С момента введения двойного L-сканирования несколько теоретических экспериментальных исследований, основанных на TPCD, т.е. TPCD асимметричных катализаторов, [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] Влияние кривизны π-электронной делокализации на сигнал TPCD, [ 13 ] Подход к режимации фрагментации (FRA) для изучения TPCD крупных молекул [ 14 ] [ 15 ] и разработка метода микроскопии на основе FD-TPCD. [ 16 ] Кроме того, Rizzo и коллеги сообщили о чисто теоретических работах по TPCD. [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
Теория
[ редактировать ]TPCD был теоретически предсказан Tinoco [ 24 ] и власть [ 25 ] В 1975 году и вычислительно реализовано три десятилетия спустя Риццо и коллегами, [ 26 ] Используя Далтон [ 27 ] и позже [ 28 ] На уровне CC2 в пакете турбомола . Выражение для TPCD, определено как, был получен Тиноко в его бумаге 1975 года как полуклассическое расширение формул TPA. [ 24 ] Квантовые электродинамические эквивалентные выражения были получены мощностью, [ 25 ] Эндрюс [ 29 ] и, в серии бумаг, Мит и Сила [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] кто смог обобщить подход к случаю N Photons, [ 32 ] и считаются также модификациями, возникающими в формулах, когда предполагается эллиптическая поляризация. [ 33 ]
TPCD может быть получен теоретически, используя уравнение Tinoco [ 24 ]
где это круговая частота падающего излучения, это круговая частота для данного перехода 0 → F, это прочность на вращающую среду TPCD, это нормализованный линешап, Электрическая постоянная и это скорость света в вакууме.
, получается из
где Термины относятся к экспериментальной относительной ориентации двух инцидентных фотонов. Для типичной настройки сканирования двойного L, , и , что соответствует двум левым или правым поляризованным фотонами, распространяющимися параллельно друг другу и в одном и том же направлении. Молекулярные параметры получены из следующих уравнений,
где молекулярные параметры определяются по функции двухфотонных генерализованных тензоров, (включает в себя элементы дипольной матрицы магнитного перехода), (включает электрические элементы дипольной матрицы в форме оператора скорости) и (включая электрические квадрупольные элементы матрицы перехода, в составе скорости).
Эксперименты
[ редактировать ]Двойной L-сканирование
[ редактировать ]Двойной L-сканирование-это экспериментальный метод, который позволяет одновременно получать эффекты TPA, зависимые от поляризации в хиральных молекулах. Выполнение измерений на равных «двойных» импульсах позволяет компенсировать колебания энергии и мод в образце, которые могут маскировать небольшой сигнал TPCD. [ 9 ]
Чтобы кратко описать настройку, короткие импульсы, исходящие от источника возбуждения (обычно OPG или OPA), разделяются на «двойные» импульсы (при BS2), затем поляризация импульсов контролируется индивидуально с использованием четвертьволновых пластин (WP2 и WP3 ), позволяя выполнять одновременные поляризационные измерения. Образец удерживается в кварцевой кювете 1 мм, а угол инцидента света, исходящего от обеих рук (M2 и M3), составляет 45 °. Два падающих балка имеют разделение на вертикальной оси около 1 см, чтобы избежать интерференционных эффектов. В отличие от Z-Scan, в двойном L-сканировании образец находится в фиксированном положении, а два идентичных фокусирующих линз (L2 и L3) перемещаются по оси распространения (ось z). Калибровка требуется для обеспечения z 1 = z 2 в течение всего сканирования.

Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Эрнандес, Fe; Риццо, А. (2011). «Двухфотонная поляризационная спектроскопия в хиральности: новый экспериментальный теоретический подход к изучению оптически активных систем» . Молекулы . 16 (4): 3315–3337. doi : 10.3390/molecules16043315 . PMC 6260626 . PMID 21512440 .
- ^ Denk, W.; Стриклер, Дж.; Уэбб, В. (1990). «Двухфотонная лазерная сканирующая флуоресцентная микроскопия». Наука . 248 (4951): 73–76. Bibcode : 1990sci ... 248 ... 73d . doi : 10.1126/science.2321027 . PMID 2321027 .
- ^ Меснил, Х.; Hache, F. (2000). «Экспериментальные доказательства нелинейного дихроизма третьего порядка в жидкости хиральных молекул». Физический Преподобный Летт 85 (20): 4257–4260. Bibcode : 2000phrvl..85.4257m . doi : 10.1103/physrevlett.85.4257 . PMID 11060612 .
- ^ Кэмерон, Р.; Табиш, GC (2007). «Характеристика явлений оптического вращения в зависимости от интенсивности в хиральных молекулах в растворе». J. Chem. Физический 126 (22): 224507. BIBCODE : 2007JCHPH.126V4507C . doi : 10.1063/1,2743959 . PMID 17581063 .
- ^ Li, R.; Салливан, Р.; Al-Basheer, W.; Pagni, RM (2006). «Комптон, RN, линейный и нелинейный круговой дихроизм R-(+)-3-метилциклопентанона» . J. Chem. Физический 125 (14): 144304. BIBCODE : 2006JCHPH.125N4304L . doi : 10.1063/1,2338519 . PMID 17042587 .
- ^ Bornschlegl, A.; Logé, C.; Boesl, U. (2007). «Исследование эффектов CD в мультифонной ионизации R-(+)-3-метилциклопентанона». Химический Физический Летал 447 (4–6): 187–191. Bibcode : 2007cpl ... 447..187b . doi : 10.1016/j.cplett.2007.09.012 .
- ^ Markowicz, pp; Samoc, M.; Cerne, J.; Прасад, Пн; Pucci, A.; Ruggeri, G. (2004). «Модифицированные методы Z-сканирования для исследований нелинейных хироптических эффектов». Опт. Выражать . 12 (21): 5209–5214. BIBCODE : 2004OEXPR..12.5209M . doi : 10.1364/opex.12.005209 . HDL : 10440/398 . PMID 19484078 .
- ^ Гунде, Ке; Ричардсон, Ф.С. (1995). "Двухфотонная круговая дихроизм GD, обнаруженная флуоресценцией 3+ В тригональном NA 3 [GD (C 4 H 4 O 5 ) 3 ] • 2NACLO 4 • 6H 2 O ». Chem. Phys . 194 (1): 195–206. Bibcode : 1995cp .... 194..195g . doi : 10.1016/0301-0104 (95) 00025-J .
- ^ Jump up to: а беременный в ДеБони, L; Торо, C.; Hernández, Fe (2008). «Синхронизированный метод двойного L-сканирования для одновременного измерения поляризационной двухфотонной поглощения в хиральных молекулах». Опт. Летал 33 (24): 2958–2960. Bibcode : 2008optl ... 33.2958d . doi : 10.1364/ol.33.002958 . PMID 19079505 .
- ^ Торо, C.; De Boni, L.; Лин, Н.; Санторо, Ф.; Rizzo, A.; Эрнандес, FE (2010). «Двухфотонное поглощение циркулярного дихроизма: новый поворот в нелинейной спектроскопии». Химический Евро. Дж . 16 (11): 3504–3509. doi : 10.1002/chem.200902286 . PMID 20162644 .
- ^ Díaz, C.; Echevarria, L.; Rizzo, A.; Hernández, Fe (2014). «Двухфотонный круговой дихроизм аксивального диссимметричного дифхосфинового лиганда с сильным внутримолекулярным переносом заряда». J. Phys Химический 118 (5): 940–946. Bibcode : 2014jpca..118..940d . doi : 10.1021/jp4119265 . PMID 24446721 .
- ^ Лин, Н.; Санторо, Ф.; Чжао, х.; Торо, C.; De Boni, L.; Эрнандес, Fe; Риццо, А. (2011). «Вычислительные проблемы при моделировании и анализе экспериментальных линейных и нелинейных спектров круговых дихроизма. R-(+)-1,1'-бис (2-нафтол) в качестве случая прототипа». J. Phys Химический Беременный 115 (5): 811–824. doi : 10.1021/jp108669f . PMID 21208000 .
- ^ Díaz, C.; Лин, Н.; Торо, C.; Пассажир, R.; Rizzo, A.; Hernández, Fe (2012). «Влияние π-электронной кривизны делокализации на двухфотонную круговую дихроизм молекул с осевой хиральностью». J. Phys Химический Летал 3 (13): 1808–1813. doi : 10.1021/jz300577e . PMID 26291864 .
- ^ Díaz, C.; Echevarria, L.; Hernández, Fe (2013). «Преодоление существующих вычислительных проблем в расчетах AB initio двухфотонных циркулярных спектра дихроизма крупных молекул с использованием подхода к рекобивации фрагментов». Химический Физический Летал 568–569: 176–183. Bibcode : 2013cpl ... 568..176d . doi : 10.1016/j.cplett.2013.03.019 .
- ^ Díaz, C.; Echevarria, L.; Hernández, Fe (2013). «Конформационное исследование осевого хирального салон-лиганда в растворе с использованием двухфотонного кругового дихроизма и подхода к резобинированию фрагментов». J. Phys Химический 117 (35): 8416–8426. Bibcode : 2013jpca..117.8416d . doi : 10.1021/jp4065714 . PMID 23937607 .
- ^ Savoini, M.; Wu, x.; Celevano, M.; Ziegler, J.; Biagioni, P.; Meskers, SCJ; Duò, L.; Hecht, B.; и др. (2012). «Круговой дихроизм, исследованный с помощью двухфотонной флуоресцентной микроскопии при энантиоповой хиральной полифлюренной пленках». J. Am. Химический Соц 134 (13): 5832–5835. doi : 10.1021/ja209916y . PMID 22413739 .
- ^ Rizzo, A.; Янсик, Б.; Педерсен, туберкулез; Агрен, Х. (2006). «Инвариантные инвариантные подходы к расчету двухфотонного кругового дихроизма». J. Chem. Физический 125 (6): 64113. BIBCODE : 2006JCHPH.125F4113R . doi : 10.1063/1,2244562 . PMID 16942279 .
- ^ Янсик, Б.; Rizzo, A.; Агрен, Х. (2007). «B initio исследование двухфотонного кругового дихроизма при хиральных природных аминокислотах». J. Phys Химический Беременный 111 (2): 446–460. doi : 10.1021/jp0653555 . PMID 17214497 .
- ^ Янсик, Б.; Rizzo, A.; Agren, H.; Шампанское, Б. (2008). «Сильный двухфотонный циркулярный дихроизм в гелиценах: теоретическое исследование». J. Chem. Теория Comput . 4 (3): 457–467. doi : 10.1021/ct700329a . PMID 26620786 .
- ^ Лин, Н.; Санторо, Ф.; Чжао, х.; Rizzo, A.; Barone, V. (2008). «Вибронически разрешенные электронные циркулярные дихроистские спектры (r)-(+)-3-метилциклопентанон: теоретическое исследование». J. Phys Химический А 112 (48): 12401–12411. BIBCODE : 2008JPCA..11212401L . doi : 10.1021/jp8064695 . PMID 18998661 .
- ^ Rizzo, A.; Лин, Н.; Рууд, К. (2008). «Исследование ab initio одно- и двухфотонного кругового дихроизма r-(+)-3-метилциклопентанона». J. Chem. Физический 128 (16): 164312. BIBCODE : 2008JCHPH.128P4312R . doi : 10.1063/1,2907727 . PMID 18447444 .
- ^ Лин, Н.; Санторо, Ф.; Rizzo, A.; Luo, y.; Чжао, х.; Barone, V. (2009). «Теория для вибрационно разрешенных двухфотонных круговых дихроизма. J. Phys Химический А 113 (16): 4198–4207. Bibcode : 2009jpca..113.4198l . doi : 10.1021/jp8105925 . PMID 19253990 .
- ^ Гийом, м.; Ruud, K.; Rizzo, A.; Monti, S.; Лин, Z.; Xu, X. (2010). «Вычислительное исследование одно- и двухфотонного поглощения и круговой дихроизма (L)-триптофан». J. Phys Химический Беременный 114 (19): 6500–6512. doi : 10.1021/jp1004659 . PMID 20420407 .
- ^ Jump up to: а беременный в Тиноко И. (1975). «Двухфотонный круглый дихроизм». J. Chem. Физический 62 (3): 1006–1009. Bibcode : 1975jchph..62.1006t . doi : 10.1063/1.430566 .
- ^ Jump up to: а беременный Power, EA (1975). «Двухфотонный круглый дихроизм». J. Chem. Физический 63 (4): 1348–1350. Bibcode : 1975jchph..63.1348p . doi : 10.1063/1.431521 .
- ^ Янсик, Б.; Rizzo, A.; Агрен, Х. (2005). «Расчеты теории ответа двухфотонного кругового дихроизма». Химический Физический Летал 414 (4–6): 461–467. Bibcode : 2005cpl ... 414..461j . doi : 10.1016/j.cplett.2005.08.114 .
- ^ Эйдас, К.; Анжели, C.; Бак, К.; и др. (2013). «Система программы квантовой химии Далтона» . Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Мол Наука 4 (3): 269–284. doi : 10.1002/wcms.1172 . PMC 4171759 . PMID 25309629 .
- ^ Фриз, Д.; Hattig, C.; Риццо, А. (2016). «Происхождение, независимые от двухфотонных расчетов дихроизма на уровне связанного кластера» . Физический Химический Химический Физический 18 (19): 13683–13692. Bibcode : 2016pccp ... 1813683f . doi : 10.1039/c6cp01653g . HDL : 10037/25281 . PMID 27140590 .
- ^ Эндрюс, Д.Л. (1976). «Модель с двумя хромофором для двухфотонного кругового дихроизма» (PDF) . Химический Физический 16 (4): 419–424. Bibcode : 1976cp ..... 16..419a . doi : 10.1016/0301-0104 (76) 80088-2 .
- ^ Мит, WJ; Power, EA (1984). «О важности постоянных моментов в многофотонном поглощении с использованием теории возмущений». J. Phys Б: в. Мол Физический 17 (5): 763–781. Bibcode : 1984jphb ... 17..763m . doi : 10.1088/0022-3700/17/5/017 .
- ^ Мит, WJ; Power, EA (1984). «О влиянии элементов диагональной дипольной матрицы в многофотонных резонансных профилях с использованием двухуровневых систем в качестве моделей». Мол Физический 51 (3): 585–600. Bibcode : 1984molph..51..585m . doi : 10.1080/00268978400100411 .
- ^ Jump up to: а беременный Мит, WJ; Power, EA (1987). «Дифференциальное многофотонное поглощение хиральными молекулами и эффект постоянных моментов». J. Phys Б: в. Мол Физический 20 (9): 1945–1964. Bibcode : 1987jphb ... 20.1945m . doi : 10.1088/0022-3700/20/9/011 .
- ^ Jump up to: а беременный Мит, WJ; Power, EA (1989). «О взаимодействии эллиптически поляризованного света с молекулами; влияние как постоянных, так и переходных мультипольных моментов на многофотонное поглощение и хироптические эффекты». J. MOD Опт . 36 (7): 977–1002. Bibcode : 1989jmop ... 36..977m . doi : 10.1080/09500348914551031 .