2016 Fiscal Year Annual Research Report
Ultrafast infrared absorption spectroscopy by using single-cycle mid-infrared pulse
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15K17475
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
白井 英登 分子科学研究所, 分子制御レーザー開発研究センター, 特任助教 (30726237)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 赤外分光 / 非線形光学 / 超短光パルス / 超高速分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フィラメンテーション法によって発生した広帯域コヒーレント中赤外光パルスを用い、水や生体分子などの液相試料における吸収分光や化学反応ダイナミクスの観測できるシステムを構築した。通常200-5000cm-1までの領域を高速かつ一度に計測することは困難だが、キセノンを非線形媒質としたチャープパルス上方変換という手法を用い、中赤外光を可視光に波長変換することで上記の問題を克服した。
液相試料の吸収分光を行うため、全反射減衰吸収(ATR)分光システムを構築した。ATRプリズムには中赤外領域で分散の小さいダイアモンドを用いた。構築した分光システムによって得られた吸収スペクトルは、市販のフーリエ赤外分光器よりも高い信号雑音比で得られることがわかった。構築したシステムを用い、酢酸とマグネシウムにおける化学反応ダイナミクスの観測を行った。水素発生過程に伴い、酢酸に由来したC=O結合の吸収ピークの値が減少し、COO-の対称伸縮および非対称伸縮に起因した吸収ピークの発現を実時間で観測することに成功した。
さらに、膜タンパク質におけるイオンの結合・解離に伴う構造変化を1msの時間分解能で観測することを試みた。ATRプリズム上に光受容タンパク質であるハロロドプシンを製膜し、試料を浸している緩衝液を急速に置換することで、そのイオン結合に伴う赤外吸収スペクトルの時間変化を1msの時間分解能かつ実時間で観測した。信号がかなり微弱であり、信頼性の高い結果は得ることができなかったが、200-5000cm-1の領域を1msの時間分解能で計測できることを確認した。現在、システムの改良を行い、信号雑音比の向上に成功している。また、表面プラズモン共鳴を利用した信号強度の増強にも力を入れている。
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