成果速递| 微秒级时间分辨超灵敏红外光谱仪-IRis-F1 可用于氟苯振动斯塔克光谱快速测量
发布日期：2019-12-08
引言
电场对光谱的影响被称为斯塔克效应或电致色变效应，它已在电子斯塔克光谱学中得到广泛利用。类似的效果也可以在振动光谱中观察到，即电场会扰动化学键振动模式的基态和激发态，从而导致其吸收能发生转移，该效应被称为振动斯塔克效应（VSE），并被应用于蛋白质和其他生物系统、电极界面、溶质-溶剂相互作用等研究中。VSE可以帮助我们在分子水平上深入了解材料的静电性质，这在生物学，化学和材料科学领域中是具有普遍意义的重要话题。具体来讲，它能够帮助我们理解电场在化学键非谐性，材料中的能带结构，键合和催化过程以及酶的过渡态稳定化等研究中的影响，而这在蛋白质设计和蛋白质工程及其在生物催化中的应用非常重要。
振动斯塔克光谱（VSS）是一种直接测量凝聚态物相VSE的实验方法，它可以定量给出振动模式对外部电场的敏感性，并用斯塔克调谐率来表示，单位是cm-1/(MV/cm)。一般情况下中红外波段的VSS谱可以通过傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）测得。然而，FTIR光谱仪所使用的红外光源一般亮度较低，再考虑到VSS信号的低灵敏度和冷冻样品的各向同性等因素，要得到一个较好的VSS光谱，通常需要较长的测量时间，而电场的长时间施加无疑会增加样品介电击穿的几率。
新动态
幸运的是，近期IRsweep公司及斯坦福大学Jacek Kozuch团队利用微秒级时间分辨超灵敏双光梳红外光谱仪-IRis-F1（Dual-comb spectrometer, DCS）成功克服了这一问题[1]。他们利用双光梳光谱仪测量了氟苯的斯塔克光谱，并发现在测量时间缩短250倍的情况下，DSC方法仍可获得与FTIR方法相媲美的定性和定量数据。对氟苯的斯塔克调谐率估算结果显示，DCS方法测得数值（（0.81±0.09）cm-1 /（MV / cm））和之前报道测量数值0.84 cm-1 /（MV / cm）相吻合，并且相较传统FTIR方法测得数值（（0.89±0.15）cm-1 /（MV / cm））更加精准。更进一步，在数据信噪比（SNR）方面，DCS表现也更胜一筹。该应用成功证明IRis-F1双光梳光谱仪所用的DSC技术可以通过其高速、短时和高亮度的特点将振动斯塔克光谱的应用领域加以拓展，并且其0.328cm-1的谱采样率相较于传统FTIR也更具优势。
图文导读
图1：双梳光谱仪（Dual-comb spectrometer, DCS）配置图
图2：振动斯塔克效应电场触发示意图和测量参数
图3：主要测量结果：DSC方法在1.536 s的测量时间下得到了与FTIR方法384 s测量时间相一致的结果，估算出的塔克调谐率也与之前报道相一致
