Nowa metoda spektroskopowa pozwoli dostrzec superszybkie przeniesienia energii w cząsteczkach i pomiędzy cząsteczkami
2019-09-12
Badania prowadzone przez prof. Czesława Radzewicza z Zakładu Optyki Wydziału Fizyki UW wspólnie z naukowcami z Instytutu Chemii Fizycznej PAN zaowocowały stworzeniem nowej metody ultraszybkiej spektroskopii optycznej. Metoda nosi nazwę femtosekundowa spektroskopia podczerwona pompa – wymuszona sonda Ramana – z angielskim akronimem fs-IR-SRS.
Metoda umożliwia śledzenie co się dzieje z energią cieplną ("wibracyjną") dostarczoną do wybranej grupy chemicznej w cząsteczce, jak przenosi się ona na różne grupy chemiczne w tej samej cząsteczce oraz na inne otaczające ją molekuły. Pozwala dokładnie wyznaczać czas w jakim takie „przeniesienie energii” się odbywa, aż do czasów rzędu kilkuset femtosekund (czyli 10-13 sekundy). Co istotne, dotychczas stosowane metody umożliwiały obserwację przeniesienia energii najwyżej do kilku grup chemicznych naraz. Stworzona przez zespół prof. Radzewicza technika umożliwia jednoczesną obserwację przeniesienia energii praktycznie do wszystkich grup chemicznych w badanej substancji. Dostarcza więc znacznie więcej informacji, a sam pomiar trwa odpowiednio krócej.
Badacze wykorzystali nową technikę do zbadania przeniesienia energii cieplnej w ciekłej wodzie. Jest to bardzo istotne i, jednocześnie, trudne zagadnienie, ponieważ ze względu na gęstą sieć wiązań wodorowych, którymi połączone są poszczególne cząsteczki wody, energia wibracyjna w wodzie rozprzestrzenia się bardzo szybko. Nowa technika umożliwia znacznie dokładniejszą obserwację tego procesu.
Unikalne cechy nowej techniki badawczej sprawiają, że będzie ona idealną metodą do rozwiązania wielu naglących problemów z zakresu chemii fizycznej, biochemii czy katalizy. Umożliwi m.in. charakteryzowanie oddziaływań międzycząsteczkowych w roztworach, rozwiązywanie struktury drugorzędowej uwodnionych białek i peptydów, a także śledzenie mechanizmów reakcji enzymatycznych.
Informacja o odkryciu znalazła na się na okładce sierpniowego numeru czasopisma Physical Chemistry Chemical Physics.
Publikacja:
M. Pastorczak, M. Nejbauer, Cz. Radzewicz, "Femtosecond infrared pump–stimulated Raman probe spectroscopy: the first application of the method to studies of vibrational relaxation pathways in the liquid HDO/D2O system" Physical Chemistry Chemical Physics 2019, 21, 16895).
https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/cp/c9cp00855a.
Finansowanie:
Projekt był finansowany przez Narodowe Centrum Nauki – grant Opus nr UMO-2015/17/B/ST4/04035.