時間分解吸収分光用教育キット


  • Designed for Education, Demonstration, and Classroom Use
  • Easy-to-Use Kits Include Components Plus Educational Materials
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時間分解吸収分光用キット

  • 教育、実習、授業用に設計
  • 全てのハードウェア、ツール、ソフトウェアが含まれるフォトニクスキット(PCと試料は付属しません)
  • 組立て方と使い方の詳細なマニュアルが付属
Optimizing the TA Signal
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励起(ポンプ)ビームとプローブビームの重なりを調整すると、ベンゾニトリル溶液中のZnTPP(モル濃度0.8 mMol/L)によって生成される過渡吸収信号を最適化できます。拡大された画像を見ると、励起ビームとプローブビームがサンプルキュベット上で重なっているのが見えます。注:プローブレーザ光(青)は標準設定の2 kHzでは見えません。また、レーザ保護メガネを掛けても見えません。ここではビームを見えるようにするために、レーザの繰返し周波数を変更しています。
Download Educational Materials

時間分解吸収分光用キットの詳細

  • ナノ秒時間分解吸収分光を行うための、透過光をベースにしたセットアップの構築
  • 過渡吸収信号に対する励起光(ポンプ光)用集光レンズの効果検証
  • 励起準位の緩和時間測定
  • 濃度と化学種の添加が励起準位の緩和時間に与える影響の究明
  • データのデコンボリューション、レーザのパルス幅が過渡吸収信号に与える影響、ビーム焦点の最適化などに関する実験(オプション)
  • 試料は別途ご用意ください。

当社の時間分解吸収分光(TRAS)用教育キットEDU-TRAS1/Mを用いると、過渡吸収(TA)分光法によりナノ秒レベルでの励起準位の緩和過程と電荷移動のダイナミクスを調べることができます。この方法では光励起後の試料の透過率を測定して、吸光度の変化を決定します。このキットは修士過程レベルの実験教育用に設計されており、研究で一般に使用される複雑なフェムト秒分光法を理解するための基礎を習得できます。研究室で時間分解吸収分光法のセットアップを構築するのに必要な機構部品と光学コンポーネント、光源などが全て含まれています。

このキットでは、光捕集分子としてよく使用される亜鉛テトラフェニルポルフィリン(ZnTPP)のTA信号を測定し、励起準位のポピュレーションに関するダイナミクスについて学習します。また、フラーレンC70による緩和速度(減衰時間)への影響も調べます。さらに、キットを使用して実験を行うだけでなく、標準的な光学アライメントの技術を習得し、さらに光学セットアップ内でのミスアライメントがTA信号にどのような影響を与えるかを学ぶことができます。

このキットを使用して実験を行うには、試料として3種類のZnTPP濃度(0.8、0.4、0.2 mMol/L)、および3種類のZnTPPとC70の混合比(1:0.1、1:0.5、1:1)のベンゾニトリル溶液(合計6種類)が必要です。試料は、マニュアルに記載されている詳細な手順に従って、必要な化学品を用いて準備します。

Thorlabs教育用製品とキット

教育用実験キットシリーズは、多くの古典的な実験や新しい研究分野からテーマを取り上げ、物理学、光学、フォトニクスなどの学習や研究を促進することを目的としています。各教育キットには、詳しいセットアップの手順だけでなく教育内容も盛り込まれたマニュアルが付属します。これらのキットの価格は構成するコンポーネントの合計金額で設定されており、付属の教材は無料でご提供しています。 製品購入前あるいは購入後にかかわらず、技術的サポートが必要な場合は当社までご相談ください。

注:マニュアルと教材は英語でご用意しております。

レーザを安全に使用するために

当社の時間分解吸収分光用教育キットでは、2台のクラス3Bレーザ(ナノ秒パルスレーザNPL45BおよびNPL52C)を使用しています。そのため、すべての使用者は必要な安全基準に関する教育・研修を受け、それを遵守しなければなりません。これには、キットに入っているレーザ保護メガネLG3の着用も含まれます。レーザのクラス分けの仕組みや当社のレーザ安全用製品についての詳細は、「レーザの安全性」タブをご覧ください。

Simplified Energy Diagram
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ZnTPPおよびC70のエネルギー準位の概略図。過渡吸収に寄与するエネルギー準位のみが表示されています。
ZnTPP Concentration Schematic
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励起準位3ZnTPP*の濃度とプローブビーム強度(青い矢印)の時間変化。矢印の大きさはパルス光の相対強度を示しています。

キットEDU-TRAS1/Mでは、 ポンプ・プローブ分光法の一種である時間分解吸収分光法(TRAS)を用いて、緩和過程と電荷移動のダイナミクスを調べることができます。このタイプの分光法では、2つの短パルスレーザを使用します。1つのパルス光(ポンプ光)で試料を励起し、もう1つのパルス光(プローブ光)で透過率を測定してポンプ光によって生じた吸収の変化をモニタします。この2つのパルス間の遅延時間を変化させることで、数フェムト秒から数百マイクロ秒のタイムスケールで吸光度の変化を追跡できます。この信号は過渡吸収(TA)と呼ばれ、反応モデルの評価に使用できます。以下はこのキットの動作に関する理論モデルの概要です。詳細についてはEDU-TRAS1/Mのマニュアルをご覧ください。

透過光による過渡吸収(TA)測定

過渡吸収(TA)は、システムの2つの状態における吸光度の差ΔAを表します。ここでは、試料に励起レーザーパルスを照射した直後のプローブレーザの吸光度と、励起レーザーパルス無しの場合のプローブレーザの吸光度の差になります。 TA曲線は、励起光とプローブ光のパルス間遅延時間τ を変化させながら、ΔA信号を測定していくことで取得できます。

このキットでは透過率の測定値を使用してTA信号を計算します。溶液の吸光度はランベルト・ベールの法則に従っており、またこのキットのプローブレーザの波長は固定されているため、TA信号は次のように表すことができます。

ここで、Iwithout pumpは励起パルスで試料を励起しない場合、Iwith pumpは励起した場合に試料を透過するプローブビーム光の強度です。寄与するプロセスによって、TA信号の値は負にも正にもなります。

ZnTPPの励起経路

TA信号には、誘導放出、基底状態のブリーチング、励起状態の吸収(ESA)、光生成物の吸収(PA)など、いくつものプロセスが寄与します。 各プロセスの寄与の大きさはプローブレーザの波長によって異なります。実質的に大きな正のTA信号を得るために、このキットでは450 nmのプローブレーザと亜鉛テトラフェニルポルフィリン(ZnTPP)を使用します。ZnTPPは、人工光合成、太陽電池、有機ベースの光電池などでよく使用される、特徴の良く知られた分子です。このキットにおける支配的なプロセスとしてはESAとPAがあり、これらは次のように定義されています。

  • ESA: 励起された電子がプローブ光を吸収してより高い状態に励起される
  • PA: 励起された分子が反応して新しい光生成物を形成し、プローブ光がその新しい光生成物によって吸収される

基底状態のZnTPPは、右上の簡略化されたエネルギー準位図内の緑色の矢印で示すように、波長520nmの励起ビームによって一重項状態1ZnTPP*に励起されます。しかし、この一重項状態の寿命は短く、ほぼ即座に三重項状態3ZnTPP*に遷移します。これは、灰色の斜めの矢印で示されています。寿命の長い励起状態3ZnTPP*は、青色の矢印で示すように450nmのプローブレーザ光を強く吸収します。これが、TA信号に影響を与えるESAです。

このキットでは、試料を通過した後のプローブビームの強度をフォトディテクタで測定することで、吸光度の変化を測定します。右の図は、遅延時間を大きくしていくと、濃度と吸光度がどのように変化していくかを表しています。励起光パルスとプローブ光パルス間の遅延時間を変化させてTA測定を繰り返すことで、時間分解された吸光度の減衰曲線全体を取得できます。

このキットでは、化学種を添加すると3ZnTPP*の緩和率にどのような影響を与えるかについても学ぶことができます。フラーレンC70をZnTPP試料に添加すると、励起状態3ZnTPP*は2つの分子間に生じる電子移動プロセスによっても緩和され、減衰時間が短くなります。この追加された緩和経路はTA信号に対してPAとして寄与し、エネルギー準位図では斜めの黒い矢印で示されています。

当社の時間分解吸収分光(TRAS)用キットEDU-TRAS1/Mでは、亜鉛テトラフェニルポルフィリン(ZnTPP)分子の過渡吸収信号を実験的に調べます。この分子のポピュレーションのダイナミクスを理解することは、太陽エネルギーの変換効率向上を目的とした光捕集などの研究に有用です。このキットには、時間分解吸収分光法のセットアップに必要なすべての光学部品や機構部品などのコンポーネントが含まれています。また、データ取得用パラメータを設定するためのソフトウェアも付属します(詳細は「ソフトウェア」タブをご覧ください)。

キットに付属するマニュアルには、過渡吸収(TA)についての理論的な基礎事項が記載されています。そこでは、ランベルト・ベールの法則による光の吸収、ZnTPPの生成と失活の経路、反応速度の時間と濃度への依存性、電子受容体の導入によって作られる反応経路などが説明されています。マニュアルには、以下に記載されている詳細なセットアップ手順や一連の実験についても記載されています。

教育キットEDU-TRAS1(/M)における過渡吸収信号の最適化方法
EDU-TRAS1(/M) Setup with Beam Paths
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図1::EDU-TRAS1(/M)の最終セットアップ(俯瞰図)。DAQカードは含まれていません。励起(ポンプ)ビームの光路は緑色、プローブビームの光路は青色の矢印で示されています。

セットアップのアライメント

キットEDU-TRAS1を使用する大きな目的の1つは、光学系のアライメント技術を習得する機会を提供することです。強く集光されたビームをできるだけ大きな範囲で重ね合わせることで、最も大きなTA信号を観測することができます。そのため、セットアップを適切にアライメントすることが不可欠です。

このキットには、TRAS実験用のセットアップに必要なすべてのコンポーネントが含まれています。付属するコンポーネントの一覧は「キット構成部品」タブでご覧いただけます。マニュアルには、各コンポーネントの組立て方法と、プローブ用および励起用のレーザービームのアライメント手順について記載されています。

このキットでは、ナノ秒パルスレーザのNPL52CNPL45Bを用いて、それぞれ励起用とプローブ用のパルスレーザを生成します。どちらのレーザもパルス長を調整することができ、またトリガ入力機能を備えています。各ビームは単レンズで集光します。キネマティックミラーは試料の体積内でビームを重ね合わせるのに使用します。試料を透過したプローブレーザ光は、フォトダイオードPDA36A2によって検出します。周囲の光および励起レーザ光がディテクタに入るのをブロックするために、バンドパスフィルタを使用します。また、National Instruments社のデジタルデータ収集カード(DAQ)も付属しています。これは、フォトダイオードからの電圧信号をサンプリングするとともに、ソフトウェアで設定される励起-プローブ遅延時間を具現化するのにも使用されます。組み立て済みのセットアップ(DAQカードは含まれません)を図1に示します。励起ビームは緑色、プローブビームは青色の光路で示しています。

最も大きなTA信号は、励起ビームとプローブビームが重なった領域が大きく、かつビームウエストが小さい場合に得られます。得られるTA信号を最大にするには、ビームウォーク(beam walk)を利用して2つのビームを重ねるようにします(beam walkについてはこちらをご参照ください)。この操作を通じて、ビームの重なり方によってTA信号がどのように変化するかを知ることができます。上の動画では、ビームの重ね合わせを最適化して過渡吸収信号を最大化する手順をお見せしています。TA信号におけるビームウエストサイズの重要性を調べるために、この実験キットでは2種類の励起ビーム用集光レンズ(f = 60 mm、f = 70 mm)を使って、システムのアライメントを最適化してみることもできます。これにより、各レンズで得られる信号強度を比較することができます。

EDU-TRAS1(/M) Measurement Tab
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図2:ベンゾニトリル塩基溶液中のZnTPP(濃度0.8 mMol/L)のTA減衰曲線の例
Calculating the Reaction Constant
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図3:反応速度定数kq は、C70ZnTPPの濃度比を変えて減衰時間を測定し、得られたデータを直線でフィッティングして決定することができます。

ZnTPPの励起状態の減衰時間測定

ベンゾニトリル(BN)溶液中における濃度0.8 mMol/LのZnTPPのTA減衰曲線を測定することで、励起状態3ZnTPP*の減衰時間を決定できます。この曲線はソフトウェアによって生成されますが、決められた励起(ポンプ)ープローブ遅延時間の範囲内で、各遅延時間で1つのデータポイントが取得されます。この遅延時間の増分は10nsに設定されています。各データポイントのTA信号の値は、「キットの基本原理」タブに記載されている過渡吸収(ΔA)の式を用いて計算されます。ここで、Iwith pumpとIwithout pumpは、40ミリ秒のデータ取得時間内に測定された平均値です。図2の例に示すように、このキットのZnTPP試料については、遅延時間の範囲を-400 ns~5000 nsに設定することをお勧めします。

これらの実験で測定されたTA減衰曲線には、一般に多くのノイズが含まれています。 測定の信号対雑音比を改善するには、いくつかのトレースを記録して平均化する必要があります。これはソフトウェア内の平均サイクル数(Number of Average Cycles)の入力パラメータで設定できます。図2の例では、5つのトレースが記録されて平均化されています。個々のトレースは多色の細い線で、平均化されたトレースは青い太い線で示されています。

励起状態3ZnTPP*のポピュレーションは、励起パルスとプローブパルス間の遅延時間τの増加に伴って指数関数的に減衰すると考えられるため、以下の形の関数で表すことができます。

ここで、CT(t)は時間tにおける三重項励起状態3ZnTPP*の濃度、CT(0) は最大のTA信号、koは反応速度定数です。三重項励起状態のポピュレーションはT = 1/koの時定数で減衰します。

ZnTPP濃度の光吸収への影響

この実験システムでは、異なる濃度のZnTPP溶液の時間分解吸収曲線を測定し、分子数の増加が減衰時間と最大TA信号に与える影響を観察できます。推奨される試料濃度についての情報は「試料」タブをご覧ください。

ZnTPPとC70の間での電荷転送

この実験システムでは、クエンチングパートナー(quenching partner)が3ZnTPP*の緩和速度(減衰時間)にどのように影響するかを調べることができます。 別の化学種が存在する場合には、励起状態3ZnTPP*の減衰を表す一次の反応速度式(微分方程式)は次のようになります。

ここで、CT(t)は時間tにおける三重項励起状態3ZnTPP*の濃度、ko 3ZnTPP*の失活に関する反応速度定数、Cqはクエンチングパートナーの濃度、kqはクエンチングパートナーの反応速度定数です。定数を1つの項にまとめ、見かけの反応速度定数と呼ばれるkapp = ko + kq · Cqを導入すると、次のような解が得られます。

ここで、CT(0)は最大TA信号、kappは見かけの反応速度定数です。化学種を混合した溶液のTA減衰曲線からは、三重項励起状態の減衰時間はTapp = 1/kappになることが分かります。

このキットで使用されるクエンチングパートナーはフラーレンC70です。これで導入される新しい失活チャンネルは、C703ZnTPP*の間で発生する電子移動プロセスです。ZnTPPとC70の混合比の異なる溶液(「試料」タブ参照)のTA曲線を測定し、最大TA信号と減衰時間がC70 の濃度によってどのように影響を受けるかを観察できます。また、図3のように混合比に対して見かけの反応速度定数kqをプロットし、直線でフィッティングしてクエンチングの反応速度定数kapp決定することもできます。この値はC70によるクエンチング効率を表しており、文献で公開されている値とも比較できます。

追加実験のご提案

このキットが目標とする範囲を超えますが、以下のような実験も可能です。

  • データの畳み込みとデコンボリューションを行って機器の応答関数を理解する
  • 励起レーザのパルス幅がTA信号に与える影響を調べる
  • ビームの焦点の最適化を行う

これらの詳細はマニュアルに記載されておりますが、実施するにはキットに含まれていない機器やソフトウェアが必要になります。

EDU-TRAS1(/M) Product Photo

当社では時間分解吸収分光用キットとして、ミリ規格とインチ規格の両方の製品をご用意しています。ミリ規格とインチ規格で型番が異なる場合、特記がない限りミリ規格の型番と寸法はカッコ内に記されています。

Item #DescriptionQty.
Breadboard
MB1824 (MB4560/M)Aluminum Breadboard, 18" x 24" x 1/2"
(45 cm x 60 cm x 1.27 cm)
1
RDF1Rubber Damping Feet, Set of 42
Light Sources
NPL45BNanosecond Pulsed Laser Diode System, 450 nm, 5 - 39 ns Adjustable Pulse Width1
NPL52CNanosecond Pulsed Laser Diode System, 520 nm, 6 - 129 ns Adjustable Pulse Width1
Optics
BB1-E02Ø1" Broadband Dielectric Mirror, 400 - 750 nm4
LA1134-AN-BK7 Plano-Convex Lens, Ø1", f = 60 mm,
Anti-Reflection Coated
1
LA1608-AN-BK7 Plano-Convex Lens, Ø1", f = 75 mm,
Anti-Reflection Coated
1
LA1509-AN-BK7 Plano-Convex Lens, Ø1", f = 100 mm,
Anti-Reflection Coated
1
FESH0500Ø25 mm Shortpass Filter, 500 nm Cutoff Wavelength1
IDA15-P5
(IDA15/M-P5)a
Post-Mountable Standard Iris, Ø15.0 mm Max Aperture1
Mounting
KM100Ø1" Kinematic Mirror Mount4
RS2P8E (RS2P4M)Ø1" (Ø25.0 mm) Pedestal Post, 2" (50 mm) Long5
BA2F (BA2F/M)Flexure Clamping Base, Ø1" (Ø25.0 mm) Double Bore,
2.00" x 3.00" x 0.48" (50.8 mm x 75.0 mm x 12.1 mm)
2
CF125Clamping Fork7
RS2P8 (RS50P4/M)Ø1" (Ø25.0 mm) Pillar Post, 2" (50 mm) Long2
KCP1 (KCP1/M)Centering Plate for Ø1" Kinematic Mirror Mount4
LMR1 (LMR1/M)Ø1" Lens Mount with Retaining Ring5
SM1L05Ø1" Lens Tube with Retaining Ring, 1/2" Long1
TR2 (TR50/M)Ø1/2" (12.7 mm) Post, 2" (50 mm) Long1
TR1.5 (TR40/M)Ø1/2" (12.7 mm) Post, 1.5" (40 mm) Long5
TR1.5 (TR30/M)Ø1/2" (12.7 mm) Post, 1.5" (30 mm) Long1
PH1.5 (PH40/M)Ø1/2" (12.7 mm) Post Holder, 1.5" (40 mm) Long7
BE1 (BE1/M)Ø1.25" (31.8 mm) Pedestal Base Adapter6
BA2 (BA2/M)Mounting Base, 2" x 3" x 3/8" (50 mm x 75 mm x 10 mm)1
-Cuvette Holder1
TS25H (TS6H/M)Spring-Loaded, Hex-Locking Thumbscrew1
Detector
PDA36A2Si Switchable Gain Detector, 350 - 1100 nm, 12 MHz Bandwidth1
Electronics
-NI USB-6341 DAQ Card1
-BNC Male to Crimp Coaxial Cable, 24" (60 cm) Long1
-BNC Female to Crimp Coaxial Cable, 6" (15 cm) Long1
-BNC Female to Crimp Coaxial Cable, 6.7" (17 cm) Long1
CA2812SMA Male to BNC Male Coaxial Cable, 12" (30 cm) Long2
-BNC HF-Attenuator, 20 dB, 50 Ω2
  • キットに含まれるアイリスの数量はQty.欄に示すように1個です。補充用のアイリスは5個入りでご用意しております。詳しくはItem#欄の型番をクリックしてください。
Item #DescriptionQty.
Tools
VRC2VIS/IR Detector Card, 400 - 640 nm, 800 - 1700 nm1
VRC2SM1SM1-Threaded VIS/IR Alignment Disk, 400 - 640 nm,
800 - 1700 nm
1
VRC2D1Ø1" VIS/IR Alignment Disk, 400 - 640 nm, 800 - 1700 nm1
TPSM1 (TPSM1/M)Magnetic Laser Safety Screen, 7.87" x 2.95" (20 cm x 7.5 cm)2
CV2G07AEMicro Cuvette with 2 mm Path Length, 2 Pack1
-Ruler, 30 cm Long1
SPW606SM1 Spanner Wrench, 1" Long1
-Label Sheet1
LG3Laser Safety Glasses1

インチ規格:付属のネジとレンチ類

Item #DescriptionQty.Item #DescriptionQty.
Screws and Washers
SS8S0625a8-32 Setscrew,
5/8" Long
5SH25S050b1/4"-20 Cap Screw,
1/2" Long
10
SH25S025b1/4"-20 Cap Screw,
1/4" Long
3SH25S063b1/4"-20 Cap Screw,
5/8" Long
2
SH25S038b1/4"-20 Cap Screw,
3/8" Long
4W25S050c1/4"-20 Washer14
Hex Keys, Ball Drivers, and Spanner Wrenches
BD-3/163/16" Balldriver1-3/16" Hex Key1
BD-9/649/64" Balldriver1-9/64" Hex Key1
BD-5/645/64" Balldriver1-5/64" Hex Key1
  • キットに含まれるネジの数量はQty.欄をご覧ください。補充用のネジは50本入りでご用意しております。詳しくはItem#欄の型番をクリックしてください。
  • キットに含まれるネジの数量はQty.欄をご覧ください。補充用のネジは25本入りでご用意しております。詳しくはItem#欄の型番をクリックしてください。
  • キットに含まれるネジの数量はQty.欄をご覧ください。補充用のネジは100本入りでご用意しております。詳しくはItem#欄の型番をクリックしてください。

ミリ規格:付属のネジとレンチ類

Item #DescriptionQty.Item #DescriptionQty.
Screws and Washers
SS4MS16aM4 Setscrew,
16 mm Long
5SH6MS12bM6 Cap Screw,
12 mm Long
10
SH6MS06bM6 Cap Screw,
6 mm Long
3SH6MS16bM6 Cap Screw,
16 mm Long
2
SH6MS10bM6 Cap Screw,
10 mm Long
4W25S050cM6 Washer14
Hex Keys, Ball Drivers, and Spanner Wrenches
BD-5M5 mm Balldriver1-5 mm Hex Key1
BD-3M3 mm Balldriver1-3 mm Hex Key1
BD-2M2 mm Balldriver1-2 mm Hex Key1
  • キットに含まれるネジの数量はQty.欄をご覧ください。補充用のネジは50本入りでご用意しております。詳しくはItem#欄の型番をクリックしてください。
  • キットに含まれるネジの数量はQty.欄をご覧ください。補充用のネジは25本入りでご用意しております。詳しくはItem#欄の型番をクリックしてください。
  • キットに含まれるネジの数量はQty.欄をご覧ください。補充用のネジは100本入りでご用意しております。詳しくはItem#欄の型番をクリックしてください。
Chemical Specificationsa
Benzonitrile Anhydrous, ≥99% (BN)
Zinc-Porphyrin (ZnTPP)
C70 Fullerene (98%)
  • 化学品はSigma-Aldrich社などの主要な化学品サプライヤから購入可能です。
Lab Equipment
DeviceFunction/Specification
Fume HoodAdvised for Handling Benzonitrile
BalanceAccuracy of 0.1 g (0.01 g is Preferred)
Precision PipetteHandling of 100 µL and 1 - 10 mL Volumes
Ultrasonic BathNo Heating, kHz Range
Screw-Neck or Snap-On VialsChemically Resistanta
> 4 mL: Qty. 6, > 20 mL: Qty. 2
GlovesChemically Resistantb
Eye WearClear and Protective Against Splashes
Spatula3 to 5 mm Wide Head
  • ガラス製のバイアルを推奨します。化学的に耐性があり、プラスチック製のバイアルよりも正確に計量できます。
  • 厚さや露光時間の詳細についてはベンゾニトリルのSDSシートをご覧ください。

亜鉛-テトラフェニルポルフィリン(ZnTPP)およびC70試料

化学品を使用した試料の準備
当社の時間分解吸収分光用キットEDU-TRAS1/Mでは、ZnTPPの励起状態における反応化学を調べるために、時間分解吸収信号の濃度依存性を測定します。試料はベンゾニトリル(BN)、亜鉛ポルフィリン(ZnTPP)、およびC70を用いて作成できます。これらの化学品は、Sigma-Aldrich社のような大手の化学品サプライヤからご購入いただけます。各化学品の詳細な仕様については、右表「Chemical Specifications」の各項目を展開するとご覧いただけます。化学品を取り扱う際には、別途そのための実験用器具が必要です。右下の「Lab Equipment 」の表をご参照ください。また、手順については、ご自身の施設における化学衛生管理担当者にご相談いただくことをお勧めします。

試料の準備についての詳細はキットEDU-TRAS1/Mのマニュアルをご覧ください。

 

EDU-TRASKa Sample Kit
Sample NameVolumeConcentration ZnTPP in BNZnTPP:C70
BZ084 mL0.8 mMol/L1:0
BZ044 mL0.4 mMol/L1:0
BZ024 mL0.2 mMol/L1:0
BZC014 mL0.4 mMol/L1:0.1
BZC054 mL0.4 mMol/L1:0.5
BZC14 mL0.4 mMol/L1:1
  • Refills are not available for the EDU-TRASK sample kit or the individual contents.

EDU-TRASK Sample Kit
For customers who are not able to make their own samples, we offer the EDU-TRASK sample kit, which contains the necessary six sample solutions (see table to the right), ten pipettes, and an SDS booklet; a full list of countries where this kit is available for purchase can be found below. Note that one sample kit is suitable for several full run-throughs of the kit experiments. 4 mL of each sample concentration are included, and the CV2G07AE cuvettes used in the experiment can hold 0.5 mL to 0.7 mL.

 

作成した試料は遮光された環境に保管してください。数か月間は保存可能ですが、過渡吸収の最大値と減衰時間は保存期間とともに変化します。想定される変化についてはマニュアルでご覧いただけます。試料は密閉型のバイアルで保管することをお勧めします。キットに付属するキュベットCV2G07AEは長期保存には適していません。

Recommended System Requirements
Operating SystemWindows® 10 and 11 (64-Bit)
InterfaceFree USB 2.0 Port

ソフトウェア

Version 1.0.0

EDU-TRAS1/Mを用いて過渡吸収(TA)信号を取得するためのソフトウェアには、アライメント時の過渡吸収信号とディテクタ信号のモニタ、測定パラメータの設定、過渡吸収減衰曲線の取得などを行うためのGUIが付いています。

Software Download
Measurement Tab
Click For Details

図2:ソフトウェアGUIの「measurement」タブで表示される典型的なTA曲線。 枠の色はそれぞれ、赤:設定パネル(settings panel)、青:情報パネル(information pane)、緑:ライブグラフ(live graph)を示しています。
Signal Acquisition Tab
Click for Details

図1:GUIソフトウェアの「signal acquisition」タブ。枠の色はそれぞれ、赤:設定パネル(Settings panel)、緑:ディテクタ信号ライブフィード(Detector Signal Livefeed)、青:TAライブフィード(Transient Signal Livefeed)を示しています。

ソフトウェア

各キットにはUSBスティックが付属し、それにはEDU-TRAS1を用いて過渡吸収(TA)信号を測定するためのソフトウェアパッケージが入っています。これを使って、データ取得パラメータの設定と測定値の記録を行います。Windows® 10以上で動作し、DAQカード(キットに付属)を接続するためのUSB2.0ポートを有するPCが必要です。このソフトウェアのGUIには、信号取得(Signal Acquisition)、測定(Measurement)、設定(Settings)の3つのタブがあります。測定値はcsvファイルとして、測定パラメータはxmlファイルとして保存されます。

信号取得(Signal Acquisition)タブ
このタブではセットアップをアライメントする時の信号のモニタと、TA測定用のパラメータ設定ができます(図1参照)。設定パネル(Settings Panel)、ディテクタ信号ライブフィード(Detector Signal Livefeed、TAライブフィード(Transient Signal Livefeed)の3つの領域で構成されています。

図1に赤枠で示す設定パネルは、GUI内の左上に表示されます。ここでは、励起(ポンプ)パルスとプローブパルス間の遅延時間と、閾値電圧(これを超えた時にピークとして認識されます)を設定できます。励起用およびプローブ用のレーザをアクティブ化することができ、そのステータスも表示されます。そのほか、次のような機能もここで設定できます:[ベースライン補正機能:フォトダイオードのオフセット電圧を差し引いて、信号のベースラインを0 Vにします; 励起用レーザの繰り返し周波数引き下げ機能:これによりレーザー光パワーを低下させ、アライメントを行ううえで安全な強度まで低減させます]。

図1に緑枠で示すディテクタ信号ライブフィードでは、DAQカードでサンプリングされたフォトダイオードからの出力電圧がグラフ表示され、データは40 msごとに更新されます。プローブレーザがディテクタに入射すると、個々のパルスを見ることができます。このトレースはディテクタからの信号を示し、青い四角はDAQカードのサンプリングポイント、水平の線はピーク閾値として設定した値です。

青枠で示すTAライブフィードは、信号取得タブの一番下に表示されます。このグラフではTA信号は赤で示していますが、各データポイントは40組のパルスペアから計算されています。 測定されたTA信号におけるノイズを考慮して、最新の10個のデータポイントの移動平均も青い線で表示しています。

測定(Measurement)タブ
TA減衰曲線を得るために、励起(ポンプ)レーザとプローブレーザのパルス間遅延時間を徐々に増加させながらTA信号を記録します。図2のように、測定タブは設定パネル(Settings Panel)、情報パネル(Information Panel)、ライブグラフ(Live Graph)の3つの領域で構成されており、ここでは測定パラメータを設定できます。

測定を行う遅延時間の範囲(開始と終了)は このGUIの赤枠で示された設定パネルで設定します。遅延時間のステップ幅は10nsに固定されています。なお、このキットで測定するときは、範囲を-400 ns〜5000nsに設定することをお勧めします。また、ここでは測定のSN比を向上させるために平均化するサイクル数も設定できます。

図2に青枠で示す情報パネルはGUI内の左下に表示され、そこでは進行中の実験の情報を見ることができます。レーザのステータス、その時点での遅延時間、その時点での平均回数が表示されます。測定に関するコメントを追加するためのメモボックス(Measurement Notes)もあり、これもxtmlファイルとして保存されます。

図2に緑枠で示すライブフィードグラフは、GUI内の右側に表示されます。ここには、その時点までに完了したサイクルの曲線とそれらの平均が表示されます。図2のグラフは、設定した測定サイクル数をすべて完了した後のものです。

設定(Settings)タブ
このタブでは、キット用として推奨している試料(マニュアル参照)で動作が確認された、標準的なパラメータ設定を示しています。これのパラメータを変更すると性能が低下する可能性があるため、このタブはソフトウェア起動時にはロックされています。インストラクターがキットでの実験内容を変更したい特別な場合には、ロックを解除して変更することができます。なお、デフォルト値にリセットするためのボタンもあります。

当社の時間分解吸収分光用教育キットでは、2台のクラス3Bレーザ(ナノ秒パルスレーザNPL45BおよびNPL52C)を使用しています。そのため、すべての使用者は必要な安全基準に関する教育・研修を受け、それを遵守しなければなりません。これには、キットに入っているレーザ保護メガネLG3の着用も含まれます。レーザのクラス分けの仕組みや当社のレーザ安全用製品については以下をご覧ください。

レーザの安全性とクラス分類

レーザを取り扱う際には、安全に関わる器具や装置を適切に取扱い、使用することが重要です。ヒトの目は損傷しやすく、レーザ光のパワーレベルが非常に低い場合でも障害を引き起こします。当社では豊富な種類の安全に関わるアクセサリをご提供しており、そのような事故や負傷のリスクの低減にお使いいただけます。可視域から近赤外域のスペクトルでのレーザ発光がヒトの網膜に損傷を与えうるリスクは極めて高くなります。これはその帯域の光が目の角膜やレンズを透過し、レンズがレーザーエネルギを、網膜上に集束してしまうことがあるためです。

Laser GlassesLaser CurtainsBlackout Materials
Enclosure SystemsLaser Viewing CardsAlignment Tools
Shutter and ControllersLaser Safety Signs

安全な作業および安全に関わるアクセサリ

  • クラス3または4のレーザを取り扱う場合は、必ずレーザ用保護メガネを装着してください。
  • 当社では、レーザのクラスにかかわらず、安全上無視できないパワーレベルのレーザ光線を取り扱う場合は、ネジ回しなどの金属製の器具が偶然に光の方向を変えて再び目に入ってしまうこともあるので、レーザ用保護メガネを必ずご使用いただくようにお勧めしております。
  • 特定の波長に対応するように設計されたレーザ保護眼鏡は、装着者を想定外のレーザ反射から保護するために、レーザ装置付近では常に装着してください。
  • レーザ保護眼鏡には、保護機能が有効な波長範囲およびその帯域での最小光学濃度が刻印されています。
  • レーザ保護カーテンレーザー安全保護用布は実験室内での高エネルギーレーザの遮光にご使用いただけます。
  • 遮光用マテリアルは、直接光と反射光の両方を実験装置の領域に封じ込めて外に逃しません。
  • 当社の筺体システムは、その内部に光学セットアップを収納し、レーザ光を封じ込めて危険性を最小限に抑えます。
  • ピグテール付き半導体レーザは、他のファイバに接続、もしくは他のファイバとの接続を外す際には、レーザ出力をOFFにしてください。パワーレベルが10 mW以上の場合には特にご注意ください。
  • いかなるビーム光も、テーブルの範囲で終端させる必要があります。また、レーザ使用中には、研究室の扉は必ず閉じていなければなりません。
  • レーザ光の高さは、目線の高さに設定しないでください。
  • 実験は光学テーブル上で、全てのレーザービームが水平を保って直進するように設定してください。
  • ビーム光路の近くで作業する人は、光を反射する不要な装飾品やアクセサリ(指輪、時計など)をはずしてください。
  • レンズや他の光学装置が、入射光の一部を、前面や背面で反射する場合がありますのでご注意ください。
  • あらゆる作業において、レーザは必要最小限のパワーで動作するようにご留意ください。
  • アライメントは、可能な限りレーザの出力パワーを低減して作業を行ってください。
  • ビームパワーを抑えるためにビームシャッタフィルタをお使いください。
  • レーザのセットアップの近くや実験室には、適切なレーザ標識やラベルを掲示してください。
  • クラス3Rやクラス4のレーザ(安全確保用のインターロックが必要となるレーザーレベルの場合)で作業する場合は、警告灯をご用意ください。
  • ビームトラップの代用品としてレーザービュワーカードを使用したりしないでください。

 

レーザ製品のクラス分け

レーザ製品は、目などの損傷を引き起こす可能性に基づいてクラス分けされています。国際電気標準会議(The International Electrotechnical Commission 「IEC」)は、電気、電子工学技術関連分野の国際規格の策定および普及を行う国際機関で、IEC60825-1は、レーザ製品の安全性を規定するIEC規格です。レーザ製品のクラス分けは下記の通りです

ClassDescriptionWarning Label
1ビーム内観察用の光学機器の使用を含む、通常の条件下での使用において、安全とみなされているクラス。このクラスのレーザ製品は、通常の使用範囲内では、人体被害を及ぼすエネルギーレベルのレーザを発光することがないので、最大許容露光量(MPE)を超えることはありません。このクラス1のレーザ製品には、筐体等を開かない限り、作業者がレーザに露光することがないような、完全に囲われた高出力レーザも含まれます。 Class 1
1Mクラス1Mのレーザは、安全であるが、望遠鏡や顕微鏡と併用した場合は危険な製品になり得ます。この分類に入る製品からのレーザ光は、直径の大きな光や拡散光を発光し、ビーム径を小さくするために光を集束する光学素子やイメージング用の光学素子を使わない限り、通常はMPEを超えることはありません。しかし、光を再び集光した場合は被害が増大する可能性があるので、このクラスの製品であっても、別の分類となる場合があります。 Class 1M
2クラス2のレーザ製品は、その出力が最大1 mWの可視域での連続放射光に限定されます。瞬目反射によって露光が0.25秒までに制限されるので、安全と判断されるクラスです。このクラスの光は、可視域(400~700 nm)に限定されます。 Class 2
2Mこのクラスのレーザ製品のビーム光は、瞬目反射があるので、光学機器を通して見ない限り安全であると分類されています。このクラスは、レーザ光の半径が大きい場合や拡散光にも適用されます。 Class 2M
3Rクラス3Rのレーザ製品は、直接および鏡面反射の観察条件下で危険な可視光および不可視光を発生します。特にレンズ等の光学機器を使用しているときにビームを直接見ると、目が損傷を受ける可能性があります。ビーム内観察が行われなければ、このクラスのレーザ製品は安全とみなされます。このクラスでは、MPE値を超える場合がありますが、被害のリスクレベルが低いクラスです。可視域の連続光のレーザの出力パワーは、このレベルでは5 mWまでとされています。 Class 3R
3Bクラス3Bのレーザは、直接ビームを見た場合に危険なクラスです。拡散反射は通常は有害になることはありませんが、高出力のクラス3Bレーザを使用した場合、有害となる場合もあります。このクラスで装置を安全に操作するには、ビームを直接見る可能性のあるときにレーザ保護眼鏡を装着してください。このクラスのレーザ機器にはキースイッチと安全保護装置を設け、さらにレーザ安全表示を使用し、安全照明がONにならない限りレーザがONにならないようにすることが求められます。Class 3Bの上限に近いパワーを出力するレーザ製品は、やけどを引き起こすおそれもあります。 Class 3B
4このクラスのレーザは、皮膚と目の両方に損傷を与える場合があり、これは拡散反射光でも起こりうるとみなされています。このような被害は、ビームが間接的に当たった場合や非鏡面反射でも起こることがあり、艶消し面での反射でも発生することがあります。このレベルのレーザ機器は細心の注意を持って扱われる必要があります。さらに、可燃性の材質を発火させることもあるので、火災のリスクもあるレーザであるとみなされています。クラス4のレーザには、キースイッチと安全保護装置が必要です。 Class 4
全てのクラス2以上のレーザ機器には、上記が規定する標識以外に、この三角の警告標識が表示されていなければいけません。 Warning Symbol

This kit grew out of a collaboration with Tiago Buckup from the Marcus Motzkus Group at Heidelberg University. Their motivation was to teach students about the pump-probe methodology. Since they found no teaching kit on ultra-fast time-resolved spectroscopy, they partnered with Thorlabs to use our nanosecond lasers. In particular, we thank Tiago Buckup for developing the prototype and finding ideal samples that allow nonhazardous experiments. The feedback from his students and his practical courses helped tremendously to improve the provided teaching material.

Do you have ideas for an experiment that you would like to see implemented in an educational kit? Contact us at techsupport@thorlabs.com; we'd love to hear from you.


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時間分解吸収分光用キット

  • ナノ秒レベルの時間分解吸収分光用セットアップを構築するための全てのコンポーネントを含むキット
  • 過渡吸収曲線を測定し、緩和減衰時間と反応速度を決定可能
  • 試料は別途ご用意ください
  • アライメントおよびデータ取得用のソフトウェアが付属

当社の時間分解吸収分光(TRAS)用教育キットEDU-TRAS1/Mには、ナノ秒レベルのTRASセットアップを構築するのに必要な光学部品、機構部品、光源などの全てが含まれています。 含まれるコンポーネントの一覧は「キット構成部品」タブでご覧いただけます。 データ取得パラメータの設定や測定を実行するためのソフトウェアは、USBスティックでご提供いたします。これはダウンロードいただくことも可能です。ソフトウェアの詳細は「ソフトウェア」タブをご覧ください。

このキットは、詳細に研究されている亜鉛テトラフェニルポルフィリン(ZnTPP)分子の励起状態のポピュレーションに関するダイナミクスと、それにフラーレンC70を添加したときの電荷移動プロセスを調べることを目的に作られています。過渡吸収とそれに寄与する励起プロセスについての詳細は「キットの基本原理」タブをご覧ください。 「実験」タブに記載されている実験を行うのに必要な試料は付属しておりません。化学品から試料を準備する手順については「試料」タブおよびキットのマニュアルをご覧ください。

注:このキットでは、2台のクラス3Bレーザ(ナノ秒パルスレーザNPL45BおよびNPL52C)を使用しています。そのため、すべての使用者は必要な安全基準に関する教育・研修を受け、それを遵守しなければなりません。これには、キットに入っているレーザ保護メガネLG3の着用も含まれます。レーザのクラス分けの仕組みや当社のレーザ安全用製品についての詳細は、「レーザの安全性」タブをご覧ください。

+1 数量 資料 型番 - インチ規格 定価(税抜) 出荷予定日
EDU-TRAS1 Support Documentation
EDU-TRAS1Customer Inspired! 時間分解吸収分光用教育キット(インチ規格)
¥1,072,237
7-10 Days
+1 数量 資料 型番 - ミリ規格 定価(税抜) 出荷予定日
EDU-TRAS1/M Support Documentation
EDU-TRAS1/MCustomer Inspired! 時間分解吸収分光用教育キット(ミリ規格)
¥1,072,237
7-10 Days

Sample Kit

EDU-TRASKa Sample Kit
Sample Name Volume Concentration ZnTPP in BN ZnTPP:C70
BZ08 4 mL 0.8 mMol/L 1:0
BZ04 4 mL 0.4 mMol/L 1:0
BZ02 4 mL 0.2 mMol/L 1:0
BZC01 4 mL 0.4 mMol/L 1:0.1
BZC05 4 mL 0.4 mMol/L 1:0.5
BZC1 4 mL 0.4 mMol/L 1:1
  • Refills are not available for the EDU-TRASK sample kit or the individual contents.
  • Six 4 mL Pre-Mixed Samples (See Table to the Right)
    • Three Zinc-Porphyrin (ZnTPP) in Benzonitrile (BN) Concentrations
    • Three Ratios of ZnTPP to Fullerene C70
  • Ten Disposable Pipettes with 1 mL Volume
  • SDS Booklet

The EDU-TRASK Sample Kit is designed for customers who are not able to make their own ZnTPP samples for the EDU-TRAS1(/M) Time-Resolved Absorption Spectroscopy Educational Kit experiments; see the Samples tab for more information on sample preparation.

The attached MSDS, found by clicking the () icon, is given in nine languages. 

Please note that this sample kit is currently only available for purchase in the following countries: USA, Germany, Spain, France, Italy, Netherlands, Austria, Czech Republic, Poland, and Sweden.
+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
EDU-TRASK Support Documentation
EDU-TRASKSample Kit for EDU-TRAS1(/M) Time-Resolved Absorption Spectroscopy Educational Kit(日本では販売しておりません)
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Lead Time