Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Фемтосекундный лазер определяет нужный стереоизомер
Отличить молекулу, обладающую одной оптической конфигурацией от другой, как правило, не так просто, однако проведение такого анализа необходимо, так как один из оптических изомеров может быть лекарственным препаратом, а его оптический антипод – ядом, мутагеном или тератогеном. Один из относительно новых способов анализа оптически активных соединений может заключаться в хиральном распознавании веществ в газовой фазе. Такое распознавание основывается на применении синхротронного излучения (пучок фотонов с высокой энергией, исходящий из усилителя частиц), способствующего «выталкиванию» электронов из молекулы и анализу траектории выбитых электронов. В последнем исследовании ученые из Германии продемонстрировали, что подобного рода эксперименты можно провести с помощью компактной лазерной системой.
Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2012, DOI: 10.1002/anie.201109035
Основной «фокус» исследователей заключается в замене индивидуального фотона с высокой энергией тремя фотонами из лазерного излучения, поэтапно возбуждающими молекулу через несколько переходных уровней до высвобождения электрона (этот метод известен как резонансно-усиленная многофотонная ионизация – REMPI, Resonance-Enhanced Multi-Photon Ionization). Томас Баумерт (Thomas Baumert) из Университета Касселя отмечает, что метод REMPI позволяет вызывать потерю молекулой электрона с меньшими энергетическими затратами, но при более интенсивном облучении объекта.
Для проведения измерений подобного рода необходимо добиться круговой поляризации света. Как это можно представить? «Обычный» свет состоит из волн, колебания которых ориентированы случайным образом, но при этом перпендикулярны оси распространению света. Круговая поляризация света - одно из проявлений поперечной по отношению к направлению распространения электромагнитных волн анизотропии, вследствие «поперечности» колебаний векторов напряжённости электрического и магнитного полей волны, при которой отсутствует осевая симметрия волны по отношению к направлению её распространения.
Молекулы в газовой фазе характеризуются случайной ориентацией, благодаря чему лазерный луч попадает на них под всеми возможными углами; выбитые электроны также покидают молекулы под всеми возможными углами. Тем не менее, применение специальной конфигурации измерений и специальных способов обработки результатов исследователи смогли определить распределение углов разлета электронов. Для линейно поляризованного света распределение электронов симметрично, однако если причиной выбивания электронов из молекул является свет с круговой поляризацией, наблюдается асимметричное распределение углов разлета электронов по отношению к лучу лазера.
Такая асимметрия обращается, если заменить направление поляризации света – этот эффект известен как фотоэлектронный циркулярный дихроизм. Аналогичный эффект можно наблюдать, если поляризация света не меняется, но мы имеем дело с левовращающими и правовращающими изомерами. Исследователи продемонстрировали фотоэлектронный циркулярный дихроизм на примере оптически активных камфоры и фенхона.
Фотоэлектронный циркулярный дихроизм ранее наблюдался только при облучении оптически активных соединений синхротронным излучением. Система, разработанная исследователями из Германии, отличаются в выгодную сторону тем, что для анализа здесь используется лишь компактная лазерная система, поэтому, как предполагают разработчики, их метод может найти применение в анализе хиральных продуктов органического синтеза.
