Geçici Absorpsiyon Verilerinin İşlenmesine, Takılmasına ve Yorumlanmasına Giriş

Summary

Bu protokol, geçici absorpsiyon spektrumlarının işlenmesine, takılmasına ve yorumlanmasına yeni başlayanlar için giriş yoludur. Bu protokolün odak noktası, veri kümelerinin hazırlanması ve hem tek dalga boyu kinetiği hem de küresel yaşam süresi analizi kullanılarak uydurulmasıdır. Geçici absorpsiyon verileri ve uydurma ile ilgili zorluklar tartışılmaktadır.

Abstract

Geçici absorpsiyon (TA) spektroskopisi, sistemin absorpsiyon spektrumundaki değişiklikler yoluyla uyarılmış durum süreçlerinin evrimini izlemek için kullanılan güçlü bir zaman çözümlü spektroskopik yöntemdir. TA'nın ilk uygulamaları uzmanlaşmış laboratuvarlarla sınırlıydı, ancak ticari anahtar teslimi sistemlerin evrimi, tekniği dünya çapındaki araştırma grupları için giderek daha erişilebilir hale getirdi. Modern TA sistemleri, fotofiziksel bilgi açısından zengin, yüksek enerjili ve zamansal çözünürlüğe sahip büyük veri kümeleri üretme yeteneğine sahiptir. Bununla birlikte, TA spektrumlarının işlenmesi, takılması ve yorumlanması, çok sayıda uyarılmış durum özelliği ve araçsal artefaktlar nedeniyle zor olabilir. Hangi modelin veya uydurma parametreleri kümesinin verileri en iyi tanımladığı konusundaki belirsizliği azaltmak için TA verilerini toplarken, işlerken ve uydururken birçok faktör dikkatlice göz önünde bulundurulmalıdır. Veri hazırlama ve uydurmanın amacı, verileri analiz için korurken bu yabancı faktörlerin çoğunu azaltmaktır. Bu yöntemde, yeni başlayanlara TA verilerinin işlenmesi ve hazırlanması için bir protokolün yanı sıra, seçilen uydurma prosedürlerine ve modellerine, özellikle tek dalga boylu uydurma ve küresel ömür boyu analizine kısa bir giriş sağlanır. Yaygın olarak karşılaşılan bir dizi veri hazırlama zorluğu ve bunları ele alma yöntemleri hakkında yorum sağlanmış, ardından bu basit uygulama yöntemlerinin zorlukları ve sınırlamaları tartışılmıştır.

Introduction

Geçici absorpsiyon (TA) spektroskopisi, bir ışık darbesi ile uyarılmayı takiben absorpsiyon spektrumlarında zamana bağlı değişiklikler yoluyla foto-uyarılmış türlerin evrimini izleyen, zamana bağlı bir spektroskopik tekniktir. TA emici bir teknik olduğu için, hem ışınımsal geçişlerden (yani tipik olarak bir foton yayan durumlar) hem de ışınımsal olmayan geçişlerden (tipik olarak floresan olmayan ve dahili dönüşüm, sistemler arası geçiş veya fotoreaksiyonlara katılan durumlar) kaynaklanan spektroskopik sinyaller tanımlanabilir ve evrimleri takip edilebilir ^1,2. Uyarma kaynağının özelliklerine ve algılama yöntemine bağlı olarak, TA, femtosaniyelerden mikrosaniyelerin ötesine ve UV'den uzak IR'ye kadar kinetiklere erişim sağlar ve bu da onu çok yönlü bir spektroskopik araç haline getirir. TA spektrometrelerinin ticarileştirilmesi son birkaç on yılda önemli ölçüde ilerlemiş ve bu güçlü tekniğe erişimi olan daha fazla laboratuvar ve tesise yol açmıştır².

Modern teknik analiz sistemleri, yüksek enerjili ve zamansal çözünürlüğe sahip büyük veri kümeleri üretme yeteneğine sahiptir. Veri kümeleri genellikle, uyarma darbesine göre dalga boyu ve zaman gecikmesinin bir fonksiyonu olarak 2B geçirgenlik veya absorbans farkı değerleri matrisi şeklini alır. Bu veri seti, iki boyutlu bir ısı haritası veya üç boyutlu bir topografik harita olarak görüntülenebilir. Araştırmacılar, ilgilendikleri sistemi en iyi tanımlayan uyumları oluştururken tüm veri kümesini dahil etmeye çalıştıkça, bu verilerin yorumlanması daha karmaşık hale geldi³.

TA, geniş bir dalga boyu ve zaman ölçeği aralığını kapsayabilse de, bu protokol en yaygın olarak erişilebilir formlarından birine odaklanır⁴: femtosaniye darbeli lazer tarafından yönlendirilen UV görünür bölgede geniş bant spektroskopisi. Böyle bir aletin şematik ^5,6'sı Şekil 1'de verilmiştir. Deney, lazerden bir darbe alıp iki kopyaya bölerek başlar. Numuneyi uyarmak için 'pompa' adı verilen darbenin bir kopyası kullanılır. Optik parametrik amplifikatör (OPA) gibi bir cihaz, pompa darbesini istenen uyarma dalga boyuna ^5,7 dönüştürmek için tipik olarak kullanılır. Darbenin 'prob' adı verilen ikinci kopyası, darbenin kat ettiği mesafeyi değiştirerek pompa ve prob darbeleri arasındaki zaman gecikmesini değiştirebilen mekanik bir gecikme aşamasına girer. Tek dalga boylu prob darbesi daha sonra bir safir veya kalsiyum florür (_CaF2) kristali⁸ kullanılarak beyaz ışık sürekliliğine dönüştürülür. Beyaz ışık darbesi numuneden geçirilir ve spektrumu, şarj bağlantılı cihaz (CCD) kamera gibi bir geniş bant dedektörü kullanılarak ölçülür. Pompalı ve pompasız beyaz ışık darbesinin spektrumundaki değişiklikler ölçülerek, pompa tarafından indüklenen numunenin absorpsiyon spektrumundaki değişiklikler, ΔA(T) ölçülebilir. İlgilenen okuyucular, tespit süreci hakkında daha fazla bilgi için bu faydalı incelemeye⁹ yönlendirilir.

Tüm TA spektroskopi formlarında, ΔA(t) spektrumları, temel durum absorpsiyonu, A_probu ile uyarılmış durum, A_pompa+prob, belirli bir zaman gecikmesinde, t, iki darbe 2,5,9,10 arasındaki fark alınarak hesaplanır.

(1)

Bir_probun numune kararlı durum absorpsiyon spektrumuna eşdeğer olduğunu ve zamandan bağımsız olduğunu unutmayın; deneyin zaman çözünürlüğü, A_pompa+prob(t)'da yakalanan pompa ve prob arasındaki gecikmeden kaynaklanır. Bu verilerin bir simülasyonu Şekil 2A'da gösterilmektedir.

Kararlı durum absorpsiyon spektrumlarının aksine, TA spektrumları, Denklem 1'de alınan farktan dolayı hem pozitif hem de negatif özelliklere sahip olabilir. Olumlu özellikler, pompa darbesi tarafından oluşturulan yeni emici türlerin sonucudur ve uyarılmış kromofor durumlarını, üçlü durumları, geometrik yeniden düzenlemeleri, çözünme etkilerini veya uyarılmış durum fotoürünlerini temsil edebilir³. Bu özelliklerin tanımlanması ve kimyasal türlere atanması için genel yönergeler Tartışma'da sunulacaktır. Negatif özellikler, temel durum ağartıcısından (GSB) veya uyarılmış emisyondan (SE) kaynaklanabilir (Şekil 2B). GSB, pompa darbesinin emilmesini takiben temel durum popülasyonunun kaybından kaynaklanmaktadır. Uyarılmış duruma terfi eden moleküller artık temel durumlarıyla aynı bölgede emilmezler; bu nedenle, prob darbesinin daha azı emilir ve Denklem 1'deki fark o bölgede negatif olabilir. GSB, temel durum absorpsiyonununkiyle aynı spektral şekle sahip olması, ancak zıt bir işarete sahip olması ile karakterize edilir. SE sinyalleri, prob darbesi³ tarafından uyarılan uyarılmış durumdaki bir türün emisyonundan kaynaklanır. Bu türlerden gelen emisyon, dedektöre daha fazla ışığın ulaşmasına neden olur, bu da bu dalga boylarında daha az absorpsiyona eşdeğerdir. SE sinyali, türlerin spontan emisyon spektrumuna benzer bir spektral şekle sahip olacaktır, ancak negatif bir işarete ve farklı bir frekans ağırlığına^{sahip olacaktır 10}.

Uyarılmış durum türleri hakkındaki bilgilere ek olarak, TA spektrumları, altta yatan dinamikleri bozabilecek ve absorpsiyon bantlarının atanmasını gizleyebilecek bir dizi artefakt ve yabancı özellik içerebilir¹¹. Veri hazırlama ve analizinde bu eserlerin uygun olmayan şekilde ele alınması, verilere uygun olmayan fotofiziksel modellerin uygulanmasına ve sonuç olarak yanıltıcı sonuçlara yol açabilir¹¹. Bu nedenle, bu protokolün ilk bölümü, TA veri kümelerinin toplandıktan sonra nasıl düzgün bir şekilde işleneceğine odaklanır. Bu bölümün amacı, teknik analizde yeni olan araştırmacılara, verilerinin titiz bir şekilde hazırlanması ve işlenmesi için bir sezgi ve takdir geliştirmeye yardımcı olacak bir dizi kılavuz sağlamaktır.

Bir veri kümesi işlendikten sonra, spektrumları çeşitli karmaşıklık ve titizlik seviyelerinde uydurmak ve yorumlamak için çok sayıda araç ve model mevcuttur¹⁰. Bu protokolün ikinci bölümünün amacı, okuyucuyu verilere tek dalga boylu uydurma ve küresel analiz uygulamaya hazırlamak ve bu modellerin verilerini tanımlamak için ne zaman uygun olduğu konusunda rehberlik sağlamaktır. Ultrafast sistemlerinden Surface Xplorer^12,13 gibi TA verilerini hazırlamak ve işlemek için ticari yazılımlar artık hazırdır (indirmek ve kullanmak ücretsizdir, Malzeme Tablosuna bakın). Glotaran¹⁴ gibi akademik araştırmacılar tarafından başka ücretsiz alternatifler de yayınlandı. Glotaran, zaman çözümlü spektroskopi ve mikroskopi verilerinin global ve hedef analizi için geliştirilmiş ücretsiz bir yazılım programıdır. R-paketi TIMP¹⁴ için bir grafik kullanıcı arayüzü (GUI) görevi görür. Ek olarak, kullanıcılar analizi gerçekleştiren kendi kodlarını yazmak için Python gibi programlama dillerini kullanabilirler. Bu montaj yazılımlarının ve programlama çözümlerinin her biri, onlara önemli katkılar sağlayan olumlu özelliklere sahiptir. Bu çalışmanın amacı doğrultusunda, bu aktivitenin görsel bileşeni için sadece bir yazılım sunabiliriz. Her bir uygulama yazılımının derinlemesine bir tartışması bu makalenin kapsamı dışındadır.

Bu makale, (1) TA verilerinin işlenmesi, (2) tek dalga boylu kinetik ve global analiz kullanılarak TA verilerinin uydurulması ve (3) verilerin çıkarılması ve diğer modellere uydurulması için adım adım bir prosedür sağlar. Okuyucunun uygulama olarak kullanması için bir dizi temsili TA verisi dahil edilmiştir (Ek Dosya 1 ve Ek Dosya 2). Veriler, 330 nm'de uyarılmış ve -5 ps ila 5.5 ns aralığında toplanan etanol içinde 165 μM'lik 1, 4-bis (5-feniloksazol-2-il) benzen (POPOP) numunesinin bir ölçümüdür. Ek olarak, yalnızca etanol içeren ve hiçbir numune içermeyen "boş" bir numune, aynı deneysel koşullar altında, verilerin uydurma için hazırlanmasında kullanılan -5 ps ila 5 ps aralığında toplanmıştır (adım 1). Spektrumlar, ultra hızlı bir geçici absorpsiyon spektrometresi kullanılarak toplandı. Numune, 2 mm'lik yol uzunluğunda bir küvet içinde muhafaza edildi ve sürekli karıştırmaya tabi tutuldu. Açıklanan işleme ve takma prosedürü, *.ufs formatındaki verilere uyan ve burada "uydurma programı" olarak adlandırılacak olan Surface Xplorer yazılımına dayanmaktadır. Diğer formatlardaki veri kümelerini *.ufs dosyalarına dönüştürmek için programlar mevcuttur¹⁵. Bu protokolün ayrıntıları Surface Xplorer'a özgü olsa da, aşağıdaki adımlar ticari veya ev yapımı herhangi bir yazılım paketine genellenebilir. Ek olarak, veri işlemenin sonuçları bu diğer yazılım paketleri kullanılarak çıkarılabilir ve sığdırılabilir. Destekleyici bir bilgi dosyası (Ek Dosya 3), montaj hakkında ek tavsiyeler sağlar.

Protocol

1. Montaj için verilerin hazırlanması

1. SAMPLE veri kümesini Fitting yazılımına yükleyin. Veriler Ek Şekil 1'de gösterildiği gibi görünecektir.
2. Deneyin optik algılama penceresinde dağınık uyarma ışığı mevcut olduğunda, Dağınık Işığı Çıkar seçeneğini kullanın (Ek Şekil 2). Verilerde dağınık uyarma ışığı yoksa, adım 1.5'e geçin.
   NOT: Dağınık ışık en yaygın olarak, uyarma dalga boyu optik pencereye düştüğünde gözlenir. Dağınık ışık, uyarma dalga boyunda (veya bazı kırınım sıralarında veya OPA'da üretilen dalga boyunda) zamanla değişmeyen keskin bir negatif (ağartıcı) özellik olarak görünür.
3. Yüzey menüsüne tıklayın, ardından Dağınık Işığı Çıkar seçeneğine tıklayın (Ek Şekil 2). Yeni bir pencere açılacaktır.
4. Yeni pencerede, arka plan düzeltmesi yapmak için arka plan spektrumlarının sayısını ortalamaya ayarlamak için ok düğmelerine tıklayın (Ek Şekil 3). On spektrum kullanmak iyi bir başlangıç noktası sağlar ve sayı istenildiği gibi ayarlanabilir. Çıkarma işlemini gerçekleştirmek için Kabul Et'e tıklayın (adım 1.7'ye geçin).
   NOT: Arka plan spektrumları, veri kümesinde bulunan ilk spektrumlardan çizilir ve daha sonra arka plan sinyalinin ortalamasını sağlamak için gerektiği kadar arka plan spektrumu kullanılarak zamansal olarak ilerler; Bununla birlikte, çok fazla kullanmak, ilgilenilen sinyali içeren spektrumları kullanmaya başlayacaktır, bu nedenle çok fazla kullanmayın. Uzun zaman penceresi verilerinde, saçılma özelliği verilerin zaman penceresinin sonunda görünmeyebilir. Bu durum, zaman penceresi kamera entegrasyon süresini aşarsa veya TA deneyinin nasıl oluşturulduğuna bağlı olarak başka nedenlerle oluşabilir. Bunu düzeltmek için, Ek Dosya 3'te belirtildiği gibi zaman aralığını ayarla seçeneği kullanılabilir.
5. Optik pencerede dağınık ışığın bulunmadığı veriler için, Yüzey menüsüne tıklayın, ardından Arka Planı Çıkar seçeneğine tıklayın.
6. Açılan pencerede, "Spektrum Sayısı" için sağ alttaki ok düğmelerini ortalama olarak tıklayın (10'u seçin) ve Kabul Et'e tıklayın.
   NOT: Bu seçenekteki arka plan spektrumları, "Dağınık Işığı Çıkar" seçeneğindekiyle aynı şekilde çalışır. On spektrumla başlamak iyi bir ortalama sağlar. Daha fazla spektrum kullanılabilir, ancak ilgilenilen sinyalleri içeren spektrumları dahil etmekten kaçınmak için çok fazla kullanmamaya özen gösterilmelidir. Surface Xplorer'ın kullanım kılavuzu, "Dağınık Işığı Çıkar" ile karşılaştırıldığında uygulanan düzeltmedeki farklılıkları açıklar. daha temel "Arka Planı Çıkar" düzeltmesi. Artefakt¹⁶ için uygun düzeltmeyi uygulamak önemlidir.
7. Optik pencerenin kenarlarına yakın veriler, prob spektrumunun şeklinden ve/veya numunenin beyaz ışığı çok fazla emmesinden kaynaklanan çok düşük bir sinyal-gürültü oranına sahip olabilir. Bu bölgelerdeki gürültülü veriler, analizi daha zor hale getirir. Spektrumun bu yararsız kısımlarını kaldırın. Spektrumdaki uç dalga boylarına tıklayın (sol alt kutucuk), yeni değerler yazın (Ek Şekil 4) ve enter'a tıklayın. Pencerenin kenarlarındaki gürültülü verileri kaldıran bir dalga boyu aralığı seçin. Sağlanan veriler için aralık 340-680 nm'dir.
8. Spektral pencerenin istenen dalga boyu aralığına ayarlanmasını sonlandırın. Yüzey menüsüne tıklayın, ardından Kırp'a tıklayın (Ek Şekil 5). Bir açılır pencere görünecektir.
   1. Tamam'a tıklayın. Dosya menüsüne tıklayın, ardından Dosyayı Farklı Kaydet'e tıklayın. Ardından, Tamam'a tıklayın. Bu veri kümesini kapatın.
      NOT: İşlev, verileri hem dalga boyu hem de zaman gecikmesi eksenleri boyunca kırpacağı ve diğer tüm verileri sileceği için kırpma sırasında dikkatli olun. Zaman gecikmesi penceresinin, verilerin korunacak bölümünü içerdiğinden emin olun. Ayrıca, ham veri yüzeyini yedek olarak olduğu gibi bırakmak için kırpılmış verileri yeni, uygun şekilde etiketlenmiş bir dosya olarak kaydetmeniz önemle tavsiye edilir.
9. fs veya ps zaman ölçeklerinde toplanan veriler için bir cıvıltı düzeltmesi uygulanmalıdır. Veri yüzeyini, verilerle aynı deney düzeneğinde yalnızca çözücü veya substrat (numune olmadan) alınarak açın. Bu örneğe "boş" deneme çalıştırması adı verilir. Örnek verilerde gerçekleştirilen "boş" veriler üzerinde (adım 1.2'den adım 1.8'e kadar) aynı adım kümesini gerçekleştirin.
   NOT: Böyle bir "boş" deneyin, örnekle aynı koşullar altında, ancak daha kısa bir zaman penceresiyle (örneğin, ~ −5 ps ila 5 ps) çalıştırılması şiddetle tavsiye edilir. Bu "boş" çalışma, numune tipine bağlı olarak yalnızca çözücü veya substrattan oluşmalıdır ve cıvıltı eğriliğini oluşturmak için kullanılır. Bu noktaya kadar "boş" hazırlanması, örnek verilerle aynı arka plan düzeltmesini ve kırpmayı takip etmelidir. Bir "boş" çalıştırılmadıysa, cıvıltı düzeltmesi doğrudan veri kümesi üzerinde yapılabilir.
10. Cıvıltı düzeltme işlemini başlatın. Isı haritası kutucuğunda (sol üstte), artı işaretine tıklayın ve dikey çizgi bileşenini spektrumun mavi ucuna sürükleyin. Spektral pencerenin başlangıcına yakın mavi dalga boyu aralığında başlayın. Kinetik menüsüne tıklayın, ardından Fit Solvent Response'a tıklayın.
    NOT: Uygun çözücü tepkisi, yalnızca sıfır zamanından sonra herhangi bir sinyal üretmeyen "boş" bir numune üzerinde gerçekleştirilmelidir. Bu uyum işlevini, ilgilenilen bir molekül veya malzeme hakkında veri içeren bir veri kümesine uygulamaya çalışmak, programın IRF (cihaz yanıt işlevi) yerine verileri sığdırmaya çalışmasına neden olacaktır. "Boş" örnekler için, mevcut tek sinyal, çapraz faz modülasyonundan kaynaklanan tutarlı bir artefakt olmalıdır. Çapraz faz modülasyonu, yalnızca pompa ve prob ışınlarının üst üste geldiği durumlarda meydana gelir ve bu nedenle, "Fit Solvent Response" seçeneği kullanılarak sığdırılabilen cıvıltı eğriliğinin bir izini sağlar. Düzeltme için kullanılacak bir "boş" içermeyen veriler için noktaların manuel olarak yerleştirilmesi gerekecektir ve Ek Dosya 3'te daha ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
11. Yeni bir "Uygun solvent tepkisi" penceresi açılır. Sığdır düğmesine tıklayın (Ek Şekil 6). Uydurma, bir Gauss'un birinci ve ikinci türevlerini kullanarak cihaz tepki fonksiyonuna bir uyum sağlayacaktır. Kaydet düğmesine tıklayın, ardından ekranı kapatmak için x'e tıklayın.
    NOT: Kırmızı takılan çizgi, tüm zaman aralığı boyunca veri noktalarıyla (mavi içi boş kareler) iyi bir şekilde eşleşmelidir, en önemlisi sıfır zamanına yakın görülen büyük özellik (0.1-2.0 ps). Sıfır zamanı civarında çok sayıda nokta varsa, "boş" deney için kısa bir zaman gecikme penceresi kullanılarak ve çok sayıda nokta korunarak elde edilebilecek uyum en fazla başarıya sahip olacaktır. Uyum, veri noktalarıyla iyi eşleşmiyor gibi görünüyorsa, "Gauss (R0) Ekle" kutusunu işaretleyin ve uyumu yeniden deneyin. Bu seçenek, birinci ve ikinci türevlere Gauss'un bir toplamını ekleyecektir ve bu dalga boyunda IRF özellik şekline daha iyi uyabilir. Solvent yanıt bağlantısı hala IRF sinyalini yakalayamıyorsa, farklı bir dalga boyu seçin.
12. Bu işlemi (adım 1.10-1.11) en az beş kez gerçekleştirin, çünkü bir cıvıltıyı düzgün bir şekilde düzeltmek için beş nokta gerekecektir. Noktalar mümkünse tüm spektral pencere boyunca aralıklı olmalıdır. Bazı çözücüler/substratlar, deneysel koşullara bağlı olarak spektral pencerenin bölümlerinde gözlemlenebilir bir sinyal üretmeyebilir. Kabul edilebilir bir uyum sağlamak için gerektiğinde daha fazla nokta eklenebilir/kullanılabilir. İşlem tamamlandığında "boş" veri kümesini kapatın.
    NOT: Kaydedilen her nokta, kullanıcı Kaydet'e tıkladığı anda çalışma klasöründeki bir Excel dosyasına yeni bir satır olarak yazılır. İstenmeyen bir nokta kaydedilirse, istenmeyen noktanın satırı silinerek nokta Excel dosyasından kaldırılabilir.
13. Kırpılan ve arka plan çıkarılan veri kümesini yeniden açın. Yüzey menüsüne tıklayın, ardından Cıvıltı Düzeltme seçeneğine tıklayın. Bu, üç pencere ve sağ altta bir menü içeren yeni bir ekran getirecektir (Ek Şekil 7).
14. Yeni oluşturulan cıvıltı düzeltmesini ekleyin. Dosyadan ekle seçeneğine tıklayın, "sığdırma katsayıları" ile biten Excel dosyasını seçin ve Tamam'a tıklayın. Cıvıltı düzeltme uyumu artık sol üst pencerede X işaretli siyah bir çizgi olarak görüntüleniyor (Ek Şekil 8).
    NOT: Cıvıltı düzeltmesi düz bir çizgi olarak görüntülenir; çizgi boyunca X işaretleri, uygun çözücü yanıt sürecinden üretilen noktalardır. Puanlar, artı işaretlerini ayarlayarak ve Ekle'ye tıklayarak manuel olarak eklenebilir. Noktalar, vurgulanarak ve Kaldır'a basılarak da kaldırılabilir. Diğer noktalar, sağ alttaki listeye değerler yazılarak elle düzenlenebilir. Son olarak, istenirse, mevcut düzeltme, Dosyaya kaydet düğmesi kullanılarak daha sonra yeniden kullanılmak üzere bir dosya olarak da kaydedilebilir.
15. Ötüş düzeltme önizleme düğmesine tıklayın. Bu, geçici olarak cıvıltı düzeltmesini uygular. Verilerin geçici olarak düzleştirildiğinden ve daha fazla eğrilik gözlemlenmediğinden emin olmak için sol üst penceredeki düzeltmeyi gözlemleyin.
    1. Cıvıltı düzeltmesinden memnunsanız, Uygula ve Çık düğmesine tıklayın. Memnun kalmazsanız, tatmin edici bir düzeltme elde edilene kadar cıvıltı düzeltmesi için daha fazla (veya farklı) dalga boyu seçerek 1.10-1.14 adımlarını tekrarlayın.
       NOT: Cıvıltı düzeltmesi uygulandığında, sıfır zamanı önizlemede göründüğü şekliyle düzleştirilmiş çizgiye ayarlanır. "Boş" ve veri yüzeyi arasında bazı zamansal yanlış hizalamalar olabilir.
16. Dosya menüsüne tıklayın, ardından Dosyayı Farklı Kaydet'e tıklayın. Bir cıvıltı düzeltmesinin uygulandığını belirtmek için dosyaya uygun bir ad yazın. Ardından, Tamam'a tıklayın.
17. Arka planda çıkarma işlemi gerçekleştirilirken verilerdeki bazı saçılma özellikleri tamamen kaldırılmayabilir. Bu özellikler montajı etkiler ve hatalı montaj sonuçları üretir. Verilerde kaldırılması gereken bu tür özellikleri bulun. Saçılma özelliği en kolay şekilde negatif zaman bölgesinde tanımlanabilir.
    1. Sol üstteki ısı haritası kutucuğunda, artı işaretini tıklayıp negatif zaman bölgesine sürükleyin. Negatif zaman bölgesinde kalarak, saçılma özelliğinin başladığı ve bittiği dalga boylarını belirlemek için artı işaretini kullanın. Saçılma özelliğinin dalga boyu aralığına dikkat edin (sağlanan veri kümesi için özellik aralığı 654 nm ila 672 nm'dir).
       NOT: Bir unsurun kaldırılması gerekip gerekmediğini belirlerken, unsurun spektral aralığını görselleştirmek için yatay artı işaretini zaman eksenleri boyunca yukarı ve aşağı sürükleyin. Saçılma özellikleri tipik olarak çok gürültülü tek dalga boylu kinetik izlere sahiptir, bu nedenle özelliğin spektral aralığı kinetik izler kullanılarak da doğrulanabilir.
18. Alt (mavi) dalga boyundan (yani 654 nm) başlayarak, spektrumdaki sağ uç dalga boyuna tıklayın (sol alt döşeme) ve alt (mavi) özellik kapsamının değerini yazın.
19. Yüzey menüsüne tıklayarak verileri kırpın, ardından Kırp'a tıklayın. Açılır menüde Tamam'a tıklayın. Kırpılan verileri, verilerin hangi tarafında olduğunu belirtmek için benzersiz bir dosya adıyla kaydedin (Mavi veya Sol önerilir). Dosyayı kapatın.
20. Dosyayı, adım 1.16'da kaydedilen cıvıltı düzeltmesi uygulanmış olarak açın. Özelliğin daha yüksek (kırmızı) dalga boyu kapsamına devam edin. Spektrumdaki sol uç dalga boyuna tıklayın (sol alt döşeme) ve özelliğin daha yüksek kapsamının değerini yazın.
21. Yüzey menüsüne tıklayarak verileri kırpın, ardından Kırp'a tıklayın. Açılır menüde Tamam'a tıklayın. Kırpılan verileri, verilerin hangi tarafında olduğunu belirtmek için benzersiz bir dosya adıyla kaydedin (Kırmızı veya Sağ önerilir).
22. Dosya menüsüne tıklayarak iki dosyayı birleştirin, ardından Birden Çok Yüzeyi Birleştir'e tıklayın. Yeni pencerede, verilerin her iki tarafını da seçin (yani, Sağ ve Sol veya Mavi ve Kırmızı). Her dosyayı seçmek için ctrl + tıklama tuşlarını kullanın. "Dosya Adı:" kutusunda her iki dosyanın da seçili olduğunu doğrulayın, ardından sağ alttaki Tamam'a tıklayın. İlerleme çubuğu bittiğinde, veriler birleştirilmiştir.
    NOT: İstenilen sayıda dosya bu şekilde birleştirilebilir. Veriler, hem zaman hem de dalga boyu eksenlerinde birden fazla kesimde birleştirilebilir.
23. Dosya menüsüne tıklayın, ardından Dosyayı Farklı Kaydet'e tıklayın ve birleştirilmiş olduğunu belirtmek için benzersiz bir dosya adı seçin (Birleşik veya Bileşik önerilir). Ardından, dosyayı kaydetmek için Tamam'a tıklayın.
    NOT: Daha sonra görüntülemek ve çizmek için ham veri penceresinden verilerin nasıl kaydedileceği hakkında bilgi için bölüm 3'e bakın. Isı haritasındaki veriler (sol üst kutucuk) Şekil 3'teki gibi görünmelidir ve artık sığdırılmaya hazırdır. Şekil 3'te gösterildiği gibi temsili spektrumların görselleştirilmesi adım 3.1.2'de açıklanmıştır.

2. Bir Uyum Gerçekleştirmek

1. Düzgün hazırlanmış veri yüzeyini yükleyin.
2. Hangi montajın yapılacağına karar verin ve uygun bölüme geçin.
   NOT: Bu protokol iki veri uydurma seçeneği sunar: adım 2.3, tek dalga boylu kinetik iz uydurmayı sunar ve adım 2.4, küresel analiz uydurmayı sunar.
3. Tek dalga boylu uydurma
   1. Tek bir kinetik uyum ayarlamak için, imleci (sol üst veya alt döşemelerde) istenen dalga boyuna getirin. Kinetik menüsüne tıklayın, ardından Fit Kinetic'e tıklayın. Sağlanan veri kümesi için 632 nm ile başlayın.
   2. Açılan yeni pencerede (Ek Şekil 9), ana uydurma parametrelerinin ve tohum değerlerinin, pencerenin sol üst köşesinde, program logosunun altında, bu alanın yanındaki kutuda, "mevcut fit @ dalga boyu" metninin altında ayarlandığını gözlemleyin.
   3. "Sonlu yaşam süreleri" kutusunda yaşam süresi sayısını (yani, verileri sığdırmak için kullanılan üstel bozulma sayısı) ayarlamak için ok düğmelerine tıklayın. Sağlanan veri kümesi için 2 yaşam süresi seçin. Bir ila 3 yaşam başlangıç noktası olarak tipiktir.
   4. Veri sinyali toplanan zaman penceresinin ötesine uzanıyorsa, "sonsuz" bir ömür boyu bileşeni dahil edilmelidir. Bunu yapmak için, Sonsuz ömür boyu kullan onay kutusuna tıklayın. Veriler taban çizgisine tamamen bozulursa, bu kutuyu işaretlemeyin. Sağlanan veri kümesi için kutuyu işaretlemeyin.
      NOT: "Sonsuz kullanım ömrü", bir sinyal ofsetinin kalmasına izin verir (yani, program, uyumu taban çizgisine geri dönmeye zorlamaz). Sonsuz bir bileşenin kullanılması, bu dalga boyundaki sinyal, deneyin zaman aralığı içinde taban çizgisine bozunmadığında gereklidir.
   5. Montaj işlemine yardımcı olmak için kullanım ömürleri ve ilgili genlikler, cihaz yanıt süresi ve sıfır zamanı için tahmin değerlerini girin (Ek Şekil 10). İstediğiniz parametreye tıklayın. Değer penceresine tıklayın, bir tahmin değeri yazın ve ardından değeri ayarlamak için ilk tahmin düğmesine tıklayın. Sağlanan veri kümesi için uygun tahmin değerleri şunlardır: 0 = 0 ps, IRF = 0,25 ps, A1 = 0,6, t1 = 100 ps, A2 = 0,08, t2 = 1100 ps.
      NOT: "0" sıfır zamanının tahminidir, "IRF" cihaz tepki süresidir, "A" belirli bir üstelin genliğini ifade eder (Denklem 3'e bakınız) ve "t" ömür/zaman sabitidir. İyi tahmin değerleri sağlamak, programın makul bir uyum elde etmesine yardımcı olur. Veri kümesindeki A aralığının değerleri içinde yer alan "A" değerlerini seçin. Kinetik izde önemli değişikliklerin gözlemlendiği zaman aralıklarında "t" değerlerini seçin. Tahmin değerlerinin uyumu nasıl etkilediği hakkında sezgi kazanmanın en iyi yolu, birkaç tahmin değeri kümesini denemek ve ürettikleri uyumları gözlemlemektir. Bu parametrelerden biri veya daha fazlası biliniyorsa, bu parametre uyum ile değişmeyecek şekilde ayarlanabilir ve "sabitlenebilir" (Ek Şekil 11).
   6. Tüm tahmin parametreleri girildiğinde, Sığdır düğmesine tıklayın. Temsili bir uyum Şekil 4'te gösterilmiştir.
      NOT: Uyumun uygulanması, veri grafiğini uyum çizgisi ve uyumun kalitesini değerlendirmek için kullanılabilecek artık bir çizim ile dolduracaktır. Kullanım ömürleri ve ilişkili genlikler, sıfır zamanı ve cihaz yanıt süresi gibi uyum parametreleri de sol üst kutuya doldurulur. Yaşam süresi sayısını ve verilere en iyi uyumu sağlayan "sonsuz" bir zaman bileşeninin dahil edilmesini/hariç tutulmasını belirlemek için birkaç farklı uyum parametresi kullanın.
   7. Kaydet düğmesine tıklayarak uyumu kaydedin (Ek Şekil 9).
      NOT: Daha sonra görüntülemek ve çizmek için ham veri penceresinden verilerin nasıl kaydedileceği hakkında bilgi için bölüm 3'e bakın.
4. Küresel analiz uydurma
   1. Yüzey menüsüne tıklayın, ardından SVD ile Temel Bileşenler seçeneğine tıklayın. Yeni bir pencere açılır (Ek Şekil 12).
      NOT: Sağ üst pencere ana kinetik izleri gösterir ve sol alt kısım ana spektrumları görüntüler. Sol üstteki döşeme, orijinal yüzey ile seçilen ana bileşenler tarafından oluşturulan bir yüzey arasındaki farkın oluşturduğu artık yüzeyin bir grafiğini görüntüler.
   2. "Ana Bileşen Sayısı"nı ayarlamak için ok düğmelerine tıklayın (Ek Şekil 12). Sağlanan veri kümesi için 15'i seçin.
      NOT: Seçilecek ana bileşenlerin sayısına karar verirken, bunun bir yolu, hem ana spektrumlar hem de ana kinetik izler bir gürültü modeline benzeyene kadar sayıyı artırmaya devam etmektir. Kaç tane ana bileşen seçileceğini belirlemenin başka bir yolu, sağ üst kutucuktaki göstergenin solunda görünen ağırlık katsayısı değerlerine bakmaktır. Bu değer 0,01'e ulaşana kadar ana bileşenleri eklemeye devam edin. Genel olarak, iyi bir önlem için bunun ötesine birkaç tane daha eklemeniz önerilir. Bu, 15 veya daha fazla ana bileşenin seçilmesine neden olabilir.
   3. Kaydet düğmesine tıklayın. Kaydedilen ana bileşenler bir sonraki adıma geçmek için gereklidir.
      NOT: Her temel bileşen, orijinal veri yüzeyinin azaltılmış karmaşıklık temsilidir. Temel bileşenlerin kullanılması, analiz edilen ham verilere kıyasla basitleştirilmiş bir yüzeyle sonuçlanacaktır. Veri yüzeyinin ana özelliklerinin çoğunu hesaba katmak, doğru bir uyum elde etmek için çok önemlidir, bu nedenle bu özellikleri yakalamak için yeterli temel bileşeni kullanmak çok önemlidir. Daha fazla ana bileşen kullanmak, uyumdan ödün vermeyecektir. Bu nedenle, kaç tane ana bileşenin seçileceği konusunda herhangi bir şüphe varsa, daha az yerine daha fazla ana bileşen kullanın. Çok fazla kullanmanın uygulama yazılımını yavaşlatabileceğini unutmayın.
   4. Ana bileşenleri kaydettikten sonra, program ana ekrana dönecek ve artık genel montaj denenebilir. Yüzey menüsüne tıklayın, ardından Global Sığdır seçeneğine tıklayın. Yeni bir pencere açılacaktır (Ek Şekil 13).
      NOT: Başlıca kinetik izler sağ üst kutucukta görüntülenir. Sol üst döşeme, ham yüzeyle karşılaştırıldığında uygun yüzeyin bir yüzeyini görüntüler. Sol alttaki kutucuk, uyum tarafından oluşturulan çürümeyle ilişkili fark spektrumlarını (DADS) görüntüler. Son olarak, sağ alttaki kutucuk, kullanılacak üstel işlevlerin sayısı ve sonsuz bir işlevin kullanılıp kullanılmayacağı da dahil olmak üzere sığdırma parametrelerinin ayarlanabileceği yerdir.
   5. Sığdırmaya dahil edilecek üstel fonksiyonların sayısını ayarlamak için "exp sayısı"nın yanındaki ok düğmelerini kullanın. Veri sinyali toplanan zaman penceresinin ötesine uzanıyorsa, "sonsuz" bir ömür boyu bileşeni dahil edilmelidir. Bunu yapmak için, Ofset kullan (Ainf) onay kutusuna tıklayın. Sağlanan veri kümesi için 2'yi seçin ve kutuyu tıklatmayın. Veriler taban çizgisine tamamen bozulursa, bu kutuyu işaretlemeyin.
      NOT: Uyum parametreleri, uyum gerçekleştirmeden önce, global uyum katsayıları altındaki sağ alt kutudaki etiket sütununa tıklanarak sabitlenebilir. Etiket kırmızıya dönecek ve etikette (sabit) bir gösterge olacak şekilde değişecektir. Sağdaki kutuya yazılan herhangi bir değer, sığdırma için serbestçe değiştirilmek yerine bu parametre için kullanılacaktır. Uyum için değerleri sabitlerken dikkatli olunmalıdır, çünkü bu, uyum sonuçlarını saptırabilir.
   6. Sığdır düğmesine tıklayın. Sığdırma ilerlemesi, ekranın ortasındaki küçük bir yükleme çubuğu aracılığıyla görüntülenecektir. Uyum ilerlemesinin tamamlanmasının ardından, pencereler uyumdan elde edilen verilerle doldurulacaktır (Şekil 5 ve Ek Şekil 14). Montaj sonuçlarını görsel olarak inceleyin.
      NOT: Hem temel kinetik uyumdan hem de DADS'den elde edilen bilgiler, uyumun kaydedilmeye değer olup olmadığını veya çok zayıf olup olmadığını belirlemek için kullanılır. Genel olarak, ana izlerin uyumu verilerle iyi eşleşiyorsa ve çizimde hiç özellik yoksa veya çok az özellik varsa, uyum kabul edilebilir. Kullanım ömrü sayısını değiştirerek ve/veya "Ofset kullan (Ainf)" düğmesini işaretleyerek/işaretini kaldırarak birden fazla uyumu kontrol etmek kolaydır. Montaj parametrelerinin birden fazla varyasyonu kontrol edildikten sonra üretilen en iyi uyum kabul edilmelidir.
   7. Kaydet düğmesine tıklayın. Bu, şu anda gösterilen sığdırmayı bir Excel dosyasındaki verilerle birlikte kaydedecektir.
      NOT: Excel dosyası, veri kümesiyle aynı dosya konumuna kaydedilir. Ek uyumlar gerçekleştirilirse ve kaydedilmesi gerekiyorsa, önceki sürümlerin üzerine yazılırlar. Bu nedenle, yeni bir uyum oluşturmadan ve kaydetmeden önce, herhangi bir eski uyuma benzersiz bir ad verin. Uyumdan kaydedilen parametreler yalnızca sıfır zamanını, IRF'yi, yaşam sürelerini ve bunlara eşlik eden DADS'yi içerir. Bu dosya, arsa veya ana kinetik izlere uydurma hakkında herhangi bir bilgi içermez. Temel kinetik izlerinin kaydedilmesi adım 3.3'te özetlenmiştir. Daha sonra görüntülemek ve çizmek için ham veri penceresinden verilerin nasıl kaydedileceği hakkında bilgi için adım 3.0'a bakın.

3. Çizim için uygun yazılımdan ham verilerin ve uyumların çıkarılması

NOT: Tek dalga boyuna uygun veya global analizden üretilen ham veriler veya uyumlar, bir dizi başka programda açılabilen csv dosyalarına aktarılabilir.

1. Çizim için ham verilerin çıkarılması
   1. Veri kümesinin ısı haritasını dışa aktarmak için Dosya menüsüne ve ardından CSV'ye Aktar'a tıklayın (Ek Şekil 15). Bu bir pencere açacaktır, csv dosyasını veri dosyasıyla aynı adla açılan veri dosyasıyla aynı dizine kaydetmek için Tamam'a tıklayın.
      NOT: Alternatif olarak, ham veriler, ısı haritası penceresine sağ tıklanarak ve Verileri Panoya Aktar'a tıklanarak dışa aktarılabilir. Bu, kullanıcının seçtiği bir yazılım belgesine yapıştırılabilmesi için verileri geçici olarak kaydedecektir. Verileri bir Excel dosyasına yapıştırın ve ardından kaydedin.
   2. Karşılaştırma veya şekil yapmak amacıyla pencerede birden fazla spektrum görüntülenebilir. Yatay imleci (ısı haritasında, sol üstte) istediğiniz bir zaman noktasına sürükleyin. Spektrumu seçmek ve spektral pencereye (sol alt) kaydetmek için Ctrl + S tuşlarına basın. Şekil 3'te görüldüğü gibi, verilerin ilerlemesini (5-10 spektrum) göstermek için gerektiği kadar zaman noktası ekleyin.
      NOT: Verileri temsil etmek için seçilen spektrumların sayısı ve bu spektrumların zamansal düzenlemesi, büyük ölçüde spesifik numuneye ve deney koşullarına bağlı olabilir. Yukarıdaki öneri genel bir kılavuzdur, ancak denemenin ayrıntıları, veri kümesinin hangi bölümlerinin vurgulanacağını belirlemelidir.
   3. Spektrumları içeren pencereye sağ tıklayarak veri olarak dışa aktarın. Verileri Panoya Aktar seçeneğine tıklayın. Veriler geçici olarak kaydedilir. Bu verileri istediğiniz yazılım belgesine (yani Excel) yapıştırın ve Kaydedin.
   4. Kinetik penceresinde spektrum penceresiyle aynı şekilde birden fazla kinetik iz görüntülenebilir. Dikey imleci (ısı haritasında, sol üstte) istediğiniz dalga boyuna sürükleyin. Zaman izini seçmek ve kinetik penceresine (sağ üst) kaydetmek için Ctrl + X tuşlarına basın. İstediğiniz kadar zaman noktası ekleyin. Bu, mevcut kinetik izi geçici olarak pencereye kaydedecektir.
   5. Kinetik izleri içeren pencereye sağ tıklayarak veri olarak dışa aktarın. Verileri Panoya Aktar seçeneğine tıklayın. Veriler geçici olarak kaydedilir. Bu verileri istediğiniz yazılım belgesine (yani Excel) yapıştırın ve Kaydedin.
2. Görüntüleme için tek dalga boyu uydurmasından veri çıkarma
   1. Kinetics menüsüne tıklayın, ardından takılan verileri içeren pencereyi açmak için Fit Kinetic'e tıklayın.
   2. Sığdırma penceresine sağ tıklayın (yani, tek sığdırma penceresindeki merkezi döşeme). Verileri panoya aktar'a tıklayın. Bu, farklı bir yazılım programına yapıştırılabilmesi için geçici olarak kaydedecektir.
      NOT: Sığdırma verilerinin altındaki artık çizim dışa aktarılamaz ve bunun yerine sığdırma verilerinden yeniden oluşturulması gerekir. Uyum, hem ham verileri hem de uyum çizgisini dışa aktarır ve bu da daha sonra kalıntıyı yeniden oluşturmak için kullanılabilir. Kalıntı, her bir zaman noktasındaki verilerden uyum değerinin çıkarılması ve "Sığdırma Kinetiği" penceresinde gösterilene benzer bir grafik oluşturulmasıyla oluşturulur.
   3. Bu verileri istediğiniz yazılım belgesine (yani Excel) yapıştırın ve Kaydedin.
      NOT: Panoya dışa aktarma, sığdırmada kullanılan her üstel değer için yalnızca ham verileri ve uygun çizgi verilerini içerecektir. Kullanım ömürleri, genlikler ve benzeri gibi uyum parametreleri dahil edilmeyecek ve değerlerin uygulama yazılımından kopyalanarak dışa aktarılması gerekecektir.
3. Görüntüleme ve analiz için küresel yaşam süresi analizinden veri çıkarma
   1. Yüzey menüsüne tıklayın, ardından takılan verileri içeren pencereyi açmak için Global Sığdırma seçeneğine tıklayın.
   2. Hem optik yoğunluk hem de zaman gecikmesi/dalga boyu eksenlerinin değerlerinin hassasiyetinin, sırasıyla ana bileşenler (sağ üst döşeme) ve DADS (sol alt döşeme) için ayarlanması gerekecektir. Sağ altta ayar kutusu görünene kadar fareyi ana bileşen penceresinin üzerine getirin.
   3. x.xx düğmesine hızlıca tıklayın, fareyi "Hassasiyet"in üzerine getirin ve eklenecek ondalık basamak sayısını ayarlamak için menüden 6'ya tıklayın.
   4. Sağ altta ayar kutusu görünene kadar fareyi ana bileşen penceresinin üzerine getirin. Hızlıca y.yy düğmesine tıklayın, fareyi "Hassasiyet" üzerine getirin ve eklenecek ondalık basamak sayısını ayarlamak için menüden 6'ya tıklayın.
   5. Principal Kinetic Traces penceresine sağ tıklayın. Verileri panoya aktar'a tıklayın. Bu, farklı bir yazılım programına yapıştırılabilmesi için geçici olarak kaydedecektir.
   6. Bu verileri istediğiniz yazılım belgesine (yani Excel) yapıştırın ve Kaydedin.
      NOT: Veriler, önce Zaman Gecikmelerini, ardından Temel Kinetik İzleri ve ardından uygun çizgiyi içeren bir dizi sütun olarak kaydedilecektir. Küresel analize hazırlanırken seçilen her ana bileşen için bir set olacaktır. DADS spektrumları, adım 2.4.7'deki uygulama prosedürünün bir parçası olarak zaten kaydedilmiştir.

Representative Results

Etanol içinde 1,4-Bis [2- (5-feniloksazolil)] benzen, POPOP numunesinin hazırlanması ve analizi, yukarıda özetlenen prosedür izlenerek gerçekleştirildi. Ölçümler, Şekil 1'de açıklandığı gibi ultra hızlı bir geçici absorpsiyon spektrometresi kullanılarak, ayarlanabilir bir küvet tutucu ve karıştırmayı sağlamak için manyetik bir karıştırıcı kullanılarak 2 mm'lik küvetlerde sıvı çözeltileri kullanılarak gerçekleştirildi. Numuneler, sıcaklık veya atmosfer için ek kontroller olmaksızın ortam koşullarında ölçüldü. 340 nm ila 680 nm arasındaki optik pencere, bir kalsiyum florür kristali kullanılarak üretildi. −5 ps ile ~5500 ps arasında iki yüz elli (250) zaman noktası toplandı ve nihai veri kümesini oluşturmak için üç taramanın ortalaması alındı, Şekil 3. POPOP verileri protokolde anlatıldığı şekilde hazırlanmıştır. Optimal olmayan cıvıltı düzeltmesinin bir örneği Ek Şekil 16'da gösterilmiştir. POPOP üzerinde tek dalga boylu kinetik uydurma gerçekleştirildi ve ilgilenilen dalga boyu olarak 632 nm seçildi. Ek olarak, protokolde açıklandığı gibi POPOP üzerinde küresel analiz yapılmıştır.

POPOP'un 632 nm'de tek dalga boylu kinetik uydurması iki ömür üretti. Bu yaşamların değişmesine izin verildi ve başka ayarlamalar yapılmadı. Elde edilen son parametreler şu şekildedir: t0 = −0.1176 ps, IRF = 0.436 ps, A1 = 0.0956, t1 = 1.614 ps, A2 = 0.0646, t2 = 522.2 ps (Şekil 4). Bu sonuçlar, daha sonra gerçekleştirilen küresel analizler ve POPOP (τ = 1,35 ns)¹⁷ için rapor edilen emisyon ömrü değerleri ile iyi bir uyum içindedir. Çok az ömür boyu bileşene sahip tek dalga boylu bir bağlantı örneği, Ek Şekil 16'da gösterilmiş ve tartışılmıştır.

SVD yapılırken 15 ana bileşen (PC) seçildikten sonra POPOP'a genel analiz uyumu gerçekleştirildi. Montajdan sonra iki ömür seçildi, hiçbir parametre sabitlenmedi. Montajdan elde edilen son parametreler aşağıdaki gibidir: t0 = −0.1586 ps, tp (IRF) = 0.4408 ps, t1 = 1459 ps, t2 = 267.5 ps. Bozunma ile ilişkili fark spektrumları Şekil 5'te gösterilmektedir. Sonuçlar, 632 nm'de tek kinetik bağlantı ve POPOP¹⁷ için ömür boyu değerlerle iyi bir uyum içindeydi. Optimal olmayan küresel analizin iki örneği Ek Şekil 16'da gösterilmiş ve tartışılmıştır.

Şekil 1: Bu protokolde açıklanan femtosaniye geniş bant geçici absorpsiyon aletinin şematik gösterimi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: TAS verilerinin simülasyonu ve TAS sinyaline katkıları. (A) Bir temel durum absorpsiyon spektrumunu (mavi noktalı çizgi) ve bir uyarılmış durum spektrumunu (kırmızı noktalı çizgi, temel durum spektrumundan kırmızıya kaymış) simüle eden Gauss eğrileri. Bu iki spektrumun (mor, düz çizgi) fark spektrumu, TA'da görüldüğü gibi fark spektrumudur. Temel ve uyarılmış durum spektrumları arasındaki farklar, açıklama amacıyla abartılmıştır. (B) 330 nm'de uyarıldıktan sonra 1.04 ps'de POPOP'un temsili bir TA fark spektrumu. Noktalı çizgiler, POPOP'un temel durum absorbansını ve kararlı durum emisyonunu gösterir. Vurgulanan bölgeler, bu verilerde gözlemlenen ortak TA özelliklerini, temel durum ağartıcısını (GSB), uyarılmış emisyonu (SE) ve uyarılmış durum emilimini (ESA) gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: Adım 1 - Verilerin hazırlanmasının uygulanmasından kaynaklanan POPOP için hazırlanmış veriler. Veriler, düzeltilmiş ısı haritası ve temsili spektrumlar olarak gösterilir. Bu sonuçlar, düzeltmeler uygulandıktan ve veri kümesine uygun bir uygulama yapmaya hazır olduktan sonra verilerin nasıl görünmesi gerektiğini gösterir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 4: Adım 2.3 - Tek dalga boylu uydurma uygulamasından sonra 632 nm'de POPOP'un tek dalga boylu uydurma sonuçları. Şekil, (üst bölüm) bir tablo biçiminde elde edilen ömürleri, (orta bölüm) verileri (mavi noktalar) ve verilere uygunluğu (kırmızı sığdırma çizgisi) ve (alt bölüm) artık grafiği gösterir. "Mevcut uyum" bölümünün altında, genliklerin (A), söz konusu belirli ömür boyu bileşeninin t0'daki katkısını temsil eden verilerden alınan ΔA değerleri olarak gösterildiğine dikkat edin. Ancak, geçerli uyum kaydedildiğinde ve "Uyum Katsayıları" Tablosunda göründüğünde, varsayılan ayar normalleştirilmiş genlikleri göstermektir. Bu ayar, "Normalleştirilmiş" "Sığdırma Katsayıları" etiketinin yanındaki kutunun işaretini kaldırarak değiştirilebilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Adım 2.4 montajından sonra elde edilen POPOP'un global analiz uydurma sonuçları. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 6: Deneysel TA verilerinde gözlemlenen uyarılmış Raman saçılımı örneği. Bu veri kümesinde (öğreticide gösterilen POPOP verileri değil), örnek 550 nm'de (noktalı çizgiyle gösterilir) uyarıldı. Raman saçılması sıfır zamanı civarında görülür ve genellikle pompa uyarma dalga boyunun hem mavisine (anti-Stokes Raman saçılması) hem de kırmızısına (Stokes Raman saçılması) görünür. Uyarılmış Raman saçılması kısa ömürlüdür, tipik olarak sadece ~200 fs civarındadır, çünkü prob ışınının pompa ışını ile aynı anda numuneyle etkileşime girmesinin bir sonucu olarak ortaya çıkar ve böylece Raman sürecini uyarır. Ancak, özellikten kaçınılamaz ve kırpma ile kaldırılmalıdır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 1: Veriler ilk yüklendiğinde ana menü. Genel olarak, bu uygulama yazılımında, pencere üzerine gelindiğinde pencerenin sağ alt köşesinde görünen seçenek kutuları olacaktır. Bu kutular, seçimleri taşıma, yakınlaştırma veya seçili pencereleri kaydırma gibi imleç etkileşiminde değişiklik yapılmasına olanak tanır. Pencere için hem x ekseni hem de y ekseni ölçeklerinin hassasiyetini ayarlama ve ekranı doğrusaldan logaritmik olarak değiştirme seçenekleri de vardır. Eksenler ayrıca kilitlenebilir veya kilidi açılabilir. Kilitliyken, bir eksen belirtilen yakınlaştırma düzeyinde veya değer aralığında kalacaktır; Kilidi açıldığında, aralık tüm veri setini içerecek şekilde değişecektir. Diğer seçenekler, sayıların görüntülenmesini ve varsa ızgaraların rengini ayarlamaya izin verir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 2: Dağınık ışık çıkarma işlemini gerçekleştirmek için yüzey menüsü. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 3: Dağınık ışık perdesini çıkarın - spektrumları ortalamaya ayarlayın. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 4: Kırpma aralığını ayarlama. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 5: Kırpma veri kümesi. Kırpılan veriler kalıcı olarak kaldırılır. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 6: Solvent yanıt penceresini ve solvent tepkisi örneğini (kırmızı çizgide) verilere (mavi noktalar) sığdırın. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 7: "Boş" örnek veriler içeren cıvıltı düzeltme penceresi. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 8: Veri kümesiyle birlikte gösterilen cıvıltı düzeltmesi. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 9: Tek Kinetik Uyum penceresi. Ek olarak, üstteki bir kaydırıcı, kullanıcının uyumun gerçekleştirileceği dalga boyunu seçmesine olanak tanır. Uygun bir dalga boyunun seçilmesi, ilgilenilen süreçlerin nerede meydana geldiğini belirlemek için sistemin spektroskopisi hakkında bilgi gerektirir. Örnekler arasında, spektral özelliklerinin belirli dalga boylarıyla ilişkili olduğu bilinen yük transfer ürünleri, üçlü oluşum veya fotoürün oluşumu yer alır. Bu belirli dalga boyları, bu belirli olayların yaşam sürelerini elde etmek için uygun olabilir. Ek olarak, seçilen bir global uyum modeline doğrulama sağlamak için bir dizi dalga boyu kullanılabilir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 10: Tek Kinetik Uyum parametrelerinin ayarlanması. Bireysel uyum parametreleri, uyumda ince ayar yapmak ve kalıntının standart sapmasını en aza indirmek için istenirse elle sabitlenebilir veya değiştirilebilir. Not: Parametreler, kutudaki değere tıklanarak ve ardından bir kaydırıcı kullanılarak veya manuel olarak bir değer yazılarak kolayca ayarlanabilir. Görüntülenen bağlantı, değerler değiştikçe gerçek zamanlı olarak ayarlanacaktır. Kabul edilebilir bir uyum elde edildiğinde, sığdırma, sığdırma ekranına sağ tıklanarak dışa aktarılabilir, bu da verilerin istenen bir programa yapıştırmak için panoya veya hızlı görüntüleme için bir resim olarak dışa aktarılmasına olanak tanır. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 11: Tek Kinetik Uyum parametrelerinin kısıtlama ve sabitleme değerleri, bir veya daha fazla parametre iyi biliniyorsa yapılabilir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 12: Yeterli sayıda ana bileşen eklendiğinde iz ve bileşenlerin nasıl görüneceğini gösteren Temel Bileşenleri içeren Tek Değerli Ayrıştırma penceresi. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 13: Global analiz uyumu oluşturulmadan önce Global Fit penceresi. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 14: Global analiz uyumunun sonuçlarını gösteren Global Uyum penceresi. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 15: Dosyaları kaydetmek ve dışa aktarmak için Dosya Menüsü. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 16: Optimal olmayan cıvıltı düzeltme ve uydurma örnekleri. (A) zayıf bir tekinetik uyum gösterir. Panel A'da gösterilen yapılandırılmış kalıntı türü, tipik olarak verilere sığdırmak için ek bir kullanım ömrü gerektiğini gösterir. Kalıntının daha kısa sürelerde sıfırın altına düştüğüne ve daha uzun kullanım ömründe sıfır çizgisinin üzerine çıktığına dikkat edin. (B), özelliklerin düzleştirildiği ve verilerde eğrilik bulunmadığı önizleme düğmesini kullanarak doğru bir cıvıltı düzeltmesi gösterir. (C), spektrumun mavi kısmında gözle görülür bir eğriliğin bulunduğu yanlış bir cıvıltı düzeltmesi gösterir, bu da cıvıltı fonksiyonunun bu bölgede aşırı düzeltme yaptığını gösterir. (D), aşırı uyumun (çok fazla parametre dahil), esasen birbirini iptal eden benzer yaşam süresi aralıklarının "simetrik" DADS'leriyle (x ekseni boyunca birbirinin ayna görüntüleri gibi görünen) sonuçlandığı zayıf bir küresel yaşam süresi analizi uyumu gösterir. Bu özellikler gözlendiğinde, uyum kullanılmamalıdır. (E), çok fazla parametrenin çok büyük bir genlikle çok kısa bir ömürle sonuçlandığı zayıf bir küresel uyum gösterir. (E)'de bulunan sorun, sıfır zamanındaki artefaktlar düzgün bir şekilde düzeltilmezse ve uydurma, çok kısa ömrü (fiziksel olarak anlamlı olmayan) aşırı vurgulayarak kalıntıyı en aza indirmeye odaklanırsa da ortaya çıkabilir. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Şekil 17: Raman saçılımlı TAS verileri örneği. Saçılma sıfır zamanı civarında mevcuttur ve pompa uyarma dalga boyu ile çakışır. Saçılma, pompa uyarımının çok yoğun bir pozitif tepe mavisi ve pompa uyarımının negatif tepe kırmızısı olan bir dizi keskin tepe noktasından oluşur. Bu özellik makul bir şekilde önlenemez ve uygulama sonuçlarına müdahale etmemek için verilerden kırpılmalıdır. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Dosya 1: Bu öğreticinin veri kümesini içeren dosya (POPOP data_POPOP-inEtOH.ufs). Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Dosya 2: Bu öğretici için boş veri kümesi içeren dosya (POPOP data_BLANK.ufs). Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Ek Dosya 3: Çözücü tepkisinin takılması, sıçratılmasının düzeltilmesi ve yüzeylerin çıkarılması hakkında ek yorumlar içeren Destekleyici Bilgi dosyaları. Bu Dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

Veri hazırlamada dikkat edilmesi gereken genel noktalar
Uygun TA verileri ilk bakışta nispeten basit görünebilir ve belirli bir veri kümesi için net bir doğru "cevabın" ortaya çıkması beklenebilir. Bununla birlikte, protokolde vurgulandığı gibi, veri toplama, veri hazırlama ve veri analizinde, hangi modelin veya uygun parametrelerin verileri en iyi şekilde tanımladığı konusunda belirsizliğe yol açabilecek, dikkatlice değerlendirilmesi gereken birçok faktör vardır. Veri hazırlama ve uydurmanın amacı, verileri analiz için korurken bu yabancı faktörlerin mümkün olduğunca çoğunu azaltmaktır. Eldeki görev, dikkate alınması gereken çok şey olduğu için yeni başlayanlar için göz korkutucu görünebilir. Montaj süreci hakkında sezgi oluşturmak için, yeni başlayanların, veri hazırlama adımlarının en iyi uyumu ne kadar önemli ölçüde etkilediğini kontrol etmek için aynı verileri sıfırdan birden çok kez biraz farklı şekillerde hazırlamayı denemesi önerilir. Ek olarak, iki farklı araştırmacı aynı verileri hazırlayıp sığdırabilir ve sonuçları karşılaştırabilir. Bu işlem ilk birkaç kez zaman alıcı olabilir, ancak bunu yapmak, yeni başlayanların gelecekteki örnekler için verileri tutarlı bir şekilde nasıl hazırlayacağına dair sezgi geliştirmesine olanak tanır. Herhangi bir beceri gibi, bu veri hazırlama ve uydurmanın da geliştirilmesi zaman alacaktır ve yeni başlayanların süreci denerken ve öğrenirken sabırlı ve disiplinli olmaları teşvik edilir. Bu çalışmada kullanılan veri seti, yeni başlayanlara doğrudan öğreticinin yanına sığma ve sonuçları öğreticide üretilenlerle doğrudan karşılaştırma şansı vermek için sağlanmıştır.

Veriler, pompa ışınının saçılması ve numunenin kendiliğinden emisyonu gibi her zaman gecikmelerinde mevcut olan arka plan özelliklerini içerebilir (Ek Şekil 2 ve Ek Şekil 3). Geçici absorpsiyon sinyalini ilgilenilen türden izole etmek için bu istenmeyen özellikler kaldırılmalıdır¹¹. Bu tür özelliklerin kaldırılması, bir dizi negatif zaman farkı spektrumunun seçilmesi, ortalamasının alınması ve katkısının kaldırılmasıyla yapılır. Arka plan spektrumlarını seçerken, ilgilenilen sürecin bir parçası olabilecek hiçbir özelliğin kaldırılmak üzere dahil edilmediğinden emin olmak önemlidir. Safsızlıklardan veya çözücünün kendisinden absorpsiyon gibi çözücüden kaynaklanan arka plan özellikleri de TA verilerinde gözlemlenebilir. Çözücü bir sinyal ürettiğinde, numune ile tam olarak aynı deneysel koşullar altında yalnızca çözücüyü içeren "boş" bir veri kümesinin numune veri kümesinden çıkarılması gerekecektir. Bu prosedürle ilgili ayrıntılar Ek Dosya 3'te yer almaktadır.

Cıvıltı düzeltmesi, dikkatlice düşünülmesi gereken başka bir faktördür. Cıvıltı, prob darbesi numuneye doğru ilerlerken meydana gelir ve direksiyon aynalarındaki kusurlar nedeniyle veya lensler veya filtreler gibi dağıtıcı optiklerden geçerek genişler. Sonuç, prob darbesindeki düşük enerjili fotonların (yani, prob spektrumunun kırmızı tarafı) numuneye daha yüksek enerjili fotonlardan (yani prob spektrumunun mavi tarafı) önce ulaşmasıdır. Bu, TA spektrumlarının "sıfır zamanının" birkaç femtosaniye veya pikosaniye¹⁸ boyunca yayılmasına neden olur, bu da ham veri kümesinde mavi dalga boylarında başlayan ve daha sonra kırmızıya yaklaştıkça düzleşen belirgin bir eğri olarak kendini gösterir (Ek Şekil 7). Cıvıltı, ultra hızlı TA tarafından erişilenler gibi daha kısa zaman ölçeklerinde en belirgindir. Bu dalga boyuna bağlı sıfır zamanı, protokolde açıklandığı gibi düzeltilebilir, ancak bu işlemin uygulanması zor ve öznel olabilir. "Boş" bir numuneye veya çözücü Kerr yanıtının ölçümüne sahip olmak, cıvıltıyı ayarlamak ve düzeltmek için kullanılan polinom uyumunu oluşturmak için gereken cıvıltı düzeltmesi için elle toplama noktalarının öznel doğasını en aza indirebilir. Cıvıltı düzeltmesinin amacı, sıfır zamanının farklı "eğrisini" kaldırmaktır. En iyi cıvıltı düzeltmeli verileri elde etmek için cıvıltıyı uydurmak için birden fazla deneme gerekebilir. Veriler, cıvıltı düzeltmesinin kısa TA ömürlerinin değerleri üzerindeki etkisini anlamak için uygulanan farklı cıvıltı düzeltmeleriyle birkaç kez sığdırılabilir.

"Sıfır zamanında" görünen yapıtlar
TA verilerinde Rayleigh saçılması, uyarılmış Raman saçılması ve çapraz faz modülasyonu dahil olmak üzere "sıfır zamanına" yakın çeşitli artefaktlar gözlemlenebilir. Pompa ışınının Rayleigh saçılması, enerjide bir değişiklik olmadan ortaya çıkan elastik saçılmadır. Bu özellik, pompa darbesi ile aynı dalga boyunda görünecektir. Uyarılmış Raman saçılımı, pompa saçılma sinyaline¹⁹ eşlik edebilir. Bir pompa fotonunun esnek olmayan saçılımından kaynaklanan Raman saçılımı, gelen pompa enerjisinden hem daha yüksek (anti-Stokes) hem de daha düşük (Stokes) enerjide zirveler üretir. TA verilerinde, numunenin pompa ve prob ışınları ile aynı anda ışınlanması nedeniyle uyarılmış Raman saçılması gözlenir. Prob ışını, pompa ışını ile aynı anda numune ile etkileşime girdiğinde, Raman sürecini uyarır. Bu nedenle, uyarılmış Raman saçılması sıfır zamanı civarında meydana gelir ve ilk birkaç yüz femtosaniye içinde spektrumlarda ek zirvelerle sonuçlanır (Şekil 6, vurgulanan bölgedeki daha koyu mavi spektrumda gözlemlenmiştir ve Ek Şekil 17). Çapraz faz modülasyonu, bir darbenin yoğun elektrik alanı ile etkileşimden çözücü kırılma indisinin modülasyonundan kaynaklanır.

Uyarılmış Raman saçılımı, çapraz faz modülasyonundan ayırt edilebilir, çünkü Raman tepe noktaları, çözücünün titreşim modlarına karşılık gelen belirli frekanslarda görünür. Bu bir Raman süreci olduğu için, uyarımın her iki tarafında hem Stokes hem de anti-Stokes çizgileri gözlemlenebilir. Metilen klorür gibi klorlu çözücüler, klorun büyük polarize edilebilirliği nedeniyle çok belirgin Raman bantları gösterir. Çapraz faz modülasyonunun spektral imzaları bir çözücüye özgüdür ancak Raman saçılma özellikleri kadar kolay tahmin edilemez.

Ölçülen numunenin kinetiğine bağlı olarak, Rayleigh saçılması, Raman saçılması ve çapraz faz modülasyonu, TA verilerinin erken özellikleriyle örtüşebilir ve verilerden çıkarılması zor olabilir. Prensip olarak, bu özellikler düzgün bir çözücü ölçümünde görülebilir ve verilerden çıkarılabilir, veri analiz programları bu özellikleri hesaba katmak için uygun işlevlere sahip olabilir, ancak pratikte bu zor olabilir. Örnek verilerden ödün vermeden bu artefaktları çıkarmak çok zor olduğunda, artefaktları ortadan kaldırmak için güvenliği ihlal edilmiş spektrumları sıfır zamanı civarında kırpmak daha iyi olabilir. Bunu yapmak, ilk yaklaşık 300 fs veriyi kaldırmak gibi talihsiz bir yan etkiye sahip olacak, ancak daha sonra montajı daha güvenilir hale getirecektir. Aynı ve farklı örneklerin birden fazla veri kümesini analiz etme sürecinde, yeni başlayanlar, ilk 100-200 fs verisini kırpmaya karşı arka plan yüzeyini çıkarma dengesini elde etmede sezgi kazanacaktır.

Spektrumların düşük sinyal-gürültü içeren kısımları için genel kırpma gerekli olabilir. Belirli bölgelerde prob ışınındaki kararsızlık, prob ışığının düşük yoğunluğu, çok yüksek numune konsantrasyonları (dolayısıyla gelen probun çoğunu bloke eder), düşük pompa yoğunluğu ve numunenin absorpsiyon kesiti, verilerin takılmasını zorlaştırabilecek düşük sinyal-gürültünün tipik suçlularıdır. Bu durumlarda, istenen sinyal-gürültü seviyesini elde etmek için optik pencerenin her iki tarafındaki veri kümesini kırpmak, montaj işlemine yardımcı olabilir.

Bir veri kümesi, veri kümesinin zayıf bölümlerini kaldırmak için yeterince kırpıldıktan sonra, cıvıltı düzeltildikten ve arka plan spektrumlarının ortalaması alınıp çıkarıldıktan sonra analiz için hazırdır. Bu prosedür, yalnızca ilgilenilen fotofizik ve fotokimya ile en alakalı kısımları içeren verilerle sonuçlanmalıdır. Gerçekten de, bu süreçte bir dereceye kadar öznellik olduğu açıktır. Veri hazırlamadaki amaç, uydurmayı bozmamaları için yapıtları kaldırma dengesi kurmak, ancak veri kümesinin bütünlüğünü tehlikeye atacak ve böylece yorumlanmasını engelleyecek kadar çok şey kaldırmamaktır. Bu dengeyi bulmak, neyin eser neyin veri olduğuna dair sezgiyi oluşturmak için zaman ve deneyim gerektirir. Aynı veri setini birden fazla farklı günde uydurmak (ve yeniden uydurmak) veya iki araştırmacının aynı verileri sığdırması, insan hatasını ve veri hazırlama ve analizinin öznelliğini en aza indirmenin bir yolu olabilir.

Montaj ve yorumlama için genel hususlar
Ham TA spektrumları işlendikten sonra, ilgilenilen sistemde bulunan türler ve dinamikler hakkında bilgi elde etmek için yorumlanmalı ve modellenmelidir. Bu süreç, ilk spektral yorumlamayı, nicel modellemeyi/uydurmayı ve spektral yorumun modele/uydurmaya atanmasını içeren üç aşamalı bir prosedür olarak tanımlanabilir.

İlk Spektral Yorum: Spektral yorumlama adımında amaç, TA spektrumlarında bulunan özellikleri, sistemin fotofiziksel veya fotokimyasal evriminde erişilen elektronik durumlara atamaktır. Başlamak için çeşitli durumlar tanımlanmalıdır. Bu çalışmada durumlar , sistemin fotofiziksel veya fotokimyasal evriminin bir parçası olan benzersiz elektronik durumlara atıfta bulunur. Örneğin, belirli bir potansiyel enerji eğrisi (PEC) ile temsil edilen bir durum, absorpsiyon spektrumunu temsil eden bir dizi karakteristik tepe noktasına sahiptir. Tek bir durum içinde meydana gelen bir değişikliğe işlem denir. Fotofiziksel bir süreç, TA spektrumlarında bir tepe kayması veya spektrumun genişliğinde bir değişiklik olarak görünebilir. Bir sürecin kilit yönü, eyalet nüfusunun aynı kalmasıdır (yani, süreç belirli bir PEC içinde gerçekleşir); Değişen durum içindeki enerji dağılımıdır. Bir eyaletin nüfusundaki bir değişiklik geçiş olarak adlandırılacaktır. Bir geçiş sırasında, sistem başka bir PEC'ye (yani elektronik duruma) dönüşür. Geçişler, dahili dönüşümü (IC), sistemler arası geçişi (ISC), yük transferini, enerji transferini, yeni ürünlerin oluşumunu veya temel duruma dönüşü içerebilir. Durumları, süreçleri ve geçişleri atama yönergeleri aşağıdaki paragraflarda ele alınmıştır.

Durumları atama
Bu süreçteki ilk adım, belirli kimyasal türlere veya durumlara spektral özellikler atamayı içerir. TA'daki_S1 durumu, zamana bağlı emisyon spektroskopisi kullanılarak alınan floresan ömrüyle eşleşen bir ömür göstermelidir. Üçlü bir durum, ömrü oksijenle söndürülürse doğrulanabilir. Fotofiziksel evrimde radikal bir anyon veya katyondan şüpheleniliyorsa, radikal türleri oluşturmak için spektroelektrokimya veya kimyasal oksidasyon/indirgeme yapılabilir ve bu türün bir absorpsiyon spektrumu elde edilebilir ve TA bant şekli ile karşılaştırılabilir. Serbest radikallerin varlığını doğrulamak için elektron spin rezonans (ESR) spektroskopisi yapılabilir. ACS İnorganik Kimya Bölümü tarafından düzenlenen mükemmel bir öğretici konuşma, TA'ya genel bir bakış sunar ve²⁰ özelliklerinin atanmasında bu tür hususlar hakkında bilgi verir. Türlere bantlar atandıktan sonra, TA spektrumlarını yorumlamanın bir sonraki adımı, sistemde meydana gelen dinamik süreçleri niteliksel olarak tanımlamaktır. Bu adım, araştırmacıya sistemlerini tanımlamak için hangi modellerin uygun olacağı konusunda bir fikir verdiği ve onlara uyum parametrelerini karşılaştırmak için bir temel sağlayacağı için hayati önem taşır.

Bir durum içindeki değişiklikler
Titreşimsel soğutma, geometrik yeniden düzenleme veya çözme, TA ile gözlemlenebilen son derece hızlı süreçlerdir (10 ps'nin altında). Titreşimsel soğutma, TA spektrumunun birkaç pikosaniyelik zaman ölçeğinde 21,22,23 hızlı maviye kayması olarak gözlemlenir. Geometrik yeniden düzenleme, 10'un ps zaman ölçeğinde gerçekleşebilir. Çözünme dinamikleri, geleneksel dipolar sıvılarda birkaç pikosaniye boyunca spektrumun kırmızıya kayması ve daralması olarak gözlemlenir, ancak gliserol, polietilen glikol (PEG), iyonik sıvılar ve derin ötektik çözücüler gibi yüksek viskoziteli çözücüler, birden fazla nanosaniye boyunca meydana gelen çözünme dinamiklerini sergileyebilir ^24,25,26.

Eyalet nüfusundaki değişiklikler
Reaksiyonlar, bir bandın yoğunluğundaki bir değişiklikle karakterize edilir, burada yoğunluktaki bir azalma, kimyasal türlerinin konsantrasyonundaki bir azalma ile ilişkilidir ve bunun tersi de bir artış için geçerlidir . Bazı durumlarda, hem reaktan hem de ürün türleri spektrumlarda görülebilirken, diğerlerinde ürün durumları gözlemlenemeyecek kadar kısa ömürlüdür veya çok kırmızıya kayar. Genellikle devletten devlete geçişler, spektrumlarda izosbestik bir noktanın varlığı ile gözlemlenebilir.

Kantitatif modelleme/Uydurma: Sistemin dinamikleri hakkında nicel bilgi elde etmek için bir modelin verilere uygun olması gerekir. Giriş bölümünde daha önce açıklandığı gibi, kullanılacak çok çeşitli modeller vardır. Bu protokol en yaygın yöntemlerden ikisine odaklanır: tek dalga boylu uydurma ve küresel analiz. Tek dalga boyu yöntemi, spektrumlardan bireysel dalga boyu izlerinin bazı işlevsel formlara, tipik olarak üstellerin toplamına uydurulmasını içerir:

(2)

burada ΔA(t) seçilen bir dalga boyundaki TA sinyalidir, n üstel bileşenlerin sayısıdır ve a_i, zaman sabiti τ_i ile üstel bileşenin genliğidir. Uyum, deneysel verileri yeniden üretene kadar birkaç bileşen eklenebilir. Herhangi bir uydurma işleminin amacı, verileri iyi bir şekilde yeniden oluşturmak için yeterli kullanım ömrü kullanarak verileri modellemek, ancak çok fazla bileşen ekleyerek verileri aşırı sığdırmamaktır. Bu nedenle, verilerin deneysel belirsizlikler içinde ne zaman uygun olduğunu belirlemeye yardımcı olmak için , gibi ağırlıklı uyum iyiliği parametreleri^{kullanılır 5}.

Bozunma tatmin edici bir şekilde yerleştirildikten sonra, modelin parametreleri sistemin dinamiklerini karakterize etmek için kullanılabilir. Elde edilen zaman sabitleri daha sonra çıkarılabilir ve yorumlanabilir. Ne yazık ki, TA spektrumlarındaki çok sayıda örtüşen özellik, spektrumdaki tek bir dalga boyunun, spektral imzaları örtüşen farklı türlere karşılık gelen dinamikleri içerebileceği anlamına gelir, yani tek bir dalga boyu uyumundan çıkarılan zaman sabitleri, birden fazla çakışan sürecin bir bileşimini temsil edebilir. Ek olarak, bant şekli ve konumundaki herhangi bir değişiklik, tek dalga boylu bağlantıdan çıkarılan genlikleri ve zaman sabitlerini de etkileyecektir. Bu sorunlar, bazı durumlarda, sistemdeki her emici türün TA bantları için işlevsel bir form belirlediği veya varsayıldığı 'bant şekli analizi' adı verilen uygun bir yöntemle atlatılabilir. Bu şekiller daha sonra zamana bağlı genliklerle ağırlıklandırılır ve gözlemlenen spektrumu yeniden üretmek için bir araya getirilir. Bu prosedür, zamanla çözülen floresan spektrumlarının analizinde yaygın olarak kullanılır, ancak TA bantlarının daha karmaşık şekilleri ve örtüşen bileşenleri, bu yöntemi, başka bir yerde ayrıntılı olarak açıklandığı gibi, yalnızca birkaç basit durumda uygulanabilir kılar¹⁰.

Tek dalga boylu uydurmanın bir başka dezavantajı, modern TA deneylerinin sağladığı geniş spektral aralıktan özünde yararlanmamasıdır. Prensip olarak, spektrumların her bir dalga boyuna metodik olarak uyulabilir, ancak bu tür bir analiz hantal, zaman alıcı ve hesaplama açısından pahalıdır. Bu zorlukla mücadele etmek için, tüm bir TA spektrum setini aynı anda bir dizi paylaşılan dinamik parametreye^sığdırmak için 'küresel analiz' adı verilen bir yöntem kullanılabilir 4. Küresel analiz ve hedef analizi adı verilen yakından ilişkili bir yöntem, başarılı ve yaygın olarak kullanılan yöntemlerdir, ancak aynı zamanda kendi benzersiz dezavantajları ve sınırlamaları ile birlikte gelirler. Herhangi bir modelde olduğu gibi, onu oluşturmak için kullanılan varsayımları ve sundukları sınırlamaları anlamak zorunludur.

Küresel analizde, TA spektrumları bir m'ye n matrisi ile temsil edilir, burada m, her spektrumda ölçülen dalga boylarının sayısını ve n, toplanan zaman noktalarının sayısını temsil eder. Bu matrisin daha sonra diğer iki matrisin çarpımına ayrıştırılabilir olduğu varsayılır:

(3)

burada C(t) n üzeri k matrisidir ve S(λ) m üzeri k matrisidir. K değeri, spektrumları yeniden oluşturmak için kullanılan farklı spektral bileşenlerin sayısını temsil eder. Bu bileşenlerin her biri, benzersiz bir spektral imzaya ve dinamiklere sahip emici bir türü temsil eder. S(λ) matrisi, k bileşenlerinin TA spektrumlarını ve C(t) zamana bağlı konsantrasyonlarını temsil eder. Global analizin en basit ve en yaygın uygulamasında, her bileşenin tek üstel kinetiklere sahip olduğu varsayılır (Denklem 2'de i = 1, her bileşene kendi zaman sabiti atanır). Özetle, tam TA spektrumu, her biri kendi karakteristik absorpsiyon spektrumuna ve tek üstel bozunmaya sahip k spektrum bileşenlerinin toplamı ile temsil edilebilir.

TA spektrumları uygun olduğunda, kullanıcı kaç bileşene (yani k için bir değer) ihtiyaç duyulduğunu tahmin eder ve bu türlerin tek üstel bozunmasıyla ilişkili zaman sabitinde bir tahminde bulunur. Tesisatçı daha sonra C_tahmini(t) üretir ve S_fit(t) için Denklem 3'ü çözer. Daha sonra, S_fit(λ) ve C_tahmini(t), uygun spektrumları oluşturmak için Denklem 3'teki gibi çarpılır, ΔA(λ,t)_fit. Son olarak, artıklar, ΔA(λ,t)_exp − A(λ,t)_fit, en aza indirilir ve optimal S_fit(λ) ve zaman sabitleri döndürülür. Bir avuç zaman sabiti ve sabit spektral bileşen kullanarak tüm bir spektrum kümesini temsil eden küresel analizin göreceli basitliği, onu TA spektroskopisinde karşılaşılan karmaşık bant şekillerini ve dinamiklerini çözmek için çekici (ve başarılı) bir yöntem haline getirir. Bununla birlikte, küresel analizin eldeki sistem için uygun bir model olmasını sağlamak için özen gösterilmelidir.

Denklem 3'te gösterilen küresel analizdeki önemli bir varsayım, dinamiklerin dalga boyu ve zaman bölümlerinin tam olarak ayrılabilirliğidir, bu özellik 'iki kişilik' olarak adlandırılır. Bu varsayım, bileşen bant şekillerinin zamandan bağımsız olmasını gerektirir (yani, zamanla değişmeyen veya kaymayan sabit bir spektral şekle sahiptirler). Deney sırasında değişen tek şey, C(t) ile temsil edilen her bir bileşenin göreli popülasyonlarıdır. Uzun zaman ölçeklerinde, ~ 1 ns ya da öylesine, bu varsayım tipik olarak geçerlidir ve küresel analiz çok fazla endişe duymadan kullanılabilir. Öte yandan, femtosaniye TA ile erişilebilen ultra hızlı zaman ölçeklerinde öne çıkan titreşimsel soğutma ve çözme dinamikleri gibi uyarılmış durum süreçleri, bir türün spektral imzasında zamana bağlı değişikliklere ve iki kulaklılığın bozulmasına neden olur. Bu, küresel analizin bir veri kümesini yeniden üretemeyeceği anlamına gelmez, aslında, yeterli sayıda bileşen kullanılması koşuluyla her zaman tatmin edici bir uyum sağlayabilir. Daha sonra sorun, bileşen spektrumlarının yorumlanmasında ve zaman sabitlerinin belirli uyarılmış durum süreçlerine atanmasında yatmaktadır, çünkü bileşenler artık farklı emici türlere karşılık gelmeyebilir. Bu nedenle, iki eşliliğin varsayılamadığı durumlara küresel analiz uygularken her zaman dikkatli olunmalıdır.

Spektral yorumun modele/uydurmaya atanması: Bir uyum elde edildikten sonra, spektral yorum, uyumda elde edilen ömürlerle eşleştirilmelidir. Uyumdan itibaren ömürler, spektrumların ilk yorumunda tanımlanan hem süreçlere hem de reaksiyonlara atanır. Bununla birlikte, spektrumlardan elde edilen ilk değerlendirme ve model tarafından elde edilen takılan kullanım ömürlerinin sayısı hemen birbiriyle eşleşmeyebilir. Bu (yaygın!) durumda, tesisatçının geri dönüp ilk yorumu değerlendirmesi gerekir. Belki de ilk değerlendirmede gözden kaçan, ancak modelleme ve montaj sürecinde tespit edilen titreşimli bir soğutma veya başka bir süreç vardı. Ya da belki iki farklı uyum parametresi seti verileri iyi bir şekilde yeniden üretebilir ve ilk yorumlama hangi uyum parametreleri setinin seçileceğine rehberlik edebilir. Bu son adımda, tesisatçı, sistemin türlerinin ve dinamiklerinin makul bir fotofiziksel atamasına yol açan bir açıklama bulmak için yorumlama ve uydurma arasında gidip gelmelidir. Hedef analizi gibi sıralı uydurma modellerini içeren diğer uydurma programları da, küresel analizin sağladığı uyumları ve bu makalede sunulan uydurma yazılımını tamamlamak için araştırılabilir⁴.

Özetle, bu protokol geçici absorpsiyon verilerinin hazırlanmasını ve takılmasını tartışır. Amacı, süreçle ilgili zorlukları vurgulamak ve bu zorluklardan kaçınmanın veya azaltmanın yollarını pratik bir şekilde yorumlamaktır. Teknik alanlarda karşılaşılan çoğu verinin sığdırılması gibi, teknik analiz verilerinin uydurulması da zor ve bazen öznel olabilir. Bu nedenle, verilerin işleyişinin ve sınırlılıklarının farkında olmak, veri hazırlamak, verileri modellemek ve verilere anlam yüklemek için kullanılan matematiksel araçlar kritik öneme sahiptir. Bilim adamları verilere ve modellemeye eleştirel bir gözle yaklaşmalıdır.

Kişi, uyumlarının öznelliğini hafifletmeye çalışabilir. Örneğin, aynı uyumun üretildiğinden emin olmak için veriler farklı başlangıç noktalarından ve farklı günlerde hazırlanabilir ve sığdırılabilir. Farklı günlerde farklı numune hazırlama ile alınan veriler karşılaştırılabilir. Birden fazla araştırmacı aynı verileri sığdırabilir ve sonuçlarını karşılaştırabilir. Zamanla, araştırmacılar elde ettikleri veriler hakkında (deney düzeneklerinin özelliklerine ve deneysel parametrelerine dayanarak) uyumlarına daha fazla güvenmelerini sağlayacak bir sezgi oluşturabilirler.

TA veri uydurma ve bu makalede tartışılan modellerin ayrıntıları hakkında öğrenilecek çok şey var. Bu konuyu derinlemesine inceleyen birkaç mükemmel inceleme makalesi coşkuyla tavsiye edilir ^4,10,27. Bu protokol, yeni başlayanların, süreci daha derinlemesine anlamaya olan ilgiyi teşvik eden analiz ve uygulama sürecine giriş yolu olması amaçlanmıştır.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
EtOH 200% Proof	Decon Laboratories Inc	CAS 64-17-5	Solvent used to prepare Sample
Helios transient absorption spectrometer	Ultrafast systems	https://ultrafast.systems/products/spectrometers-accessories/helios/	Transient absorption spectrometer
POPOP  1,4-Bis[2-(5-phenyloxazolyl)]benzene	Tokyo Chemical Industry	CAS 1806-34-4	Sample used for Examples
Surface Xplorer	Ultrafast systems	https://ultrafast.systems/products/spectrometers-accessories/surface-xplorer/	Fitting program