Billede eller spejlbillede? Chiral genkendelse med femtosekund laser

Femtosekund laserimpulser har tiltrukket sig betydelig opmærksomhed inden for chiral genkendelse på grund af deres unikke evne til at inducere ultrahurtig molekylær dynamik og kontrollere den molekylære orientering. Her er en oversigt over, hvordan femtosecond-lasere kan bruges til chiral genkendelse:

Differentiel absorption og spredning: Chirale molekyler kan udvise forskellige absorptions- og spredningsegenskaber for venstre- og højrehåndet cirkulært polariseret lys. Dette fænomen, kendt som henholdsvis cirkulær dikroisme (CD) og cirkulær dobbeltbrydning, kan måles ved hjælp af femtosekund laserimpulser. Ved præcist at kontrollere polariseringen og bølgelængden af ​​laserlyset er det muligt selektivt at excitere og sondere de chirale træk ved molekyler.

Kiralfølsom fotoionisering: Femtosekund laserimpulser kan inducere fotoionisering af chirale molekyler, hvilket resulterer i udstødning af elektroner eller ioner. Asymmetrien i fotoioniseringsprocessen, kendt som fotoelektron cirkulær dikroisme (PECD), kan give information om den molekylære chiralitet. Ved at analysere energien og vinkelfordelingen af ​​de fotoioniserede elektroner er det muligt at skelne mellem enantiomerer.

Ikke-lineær chiral spektroskopi: Ikke-lineære optiske teknikker, såsom sum-frekvensgenerering (SFG) og second-harmonic generation (SHG), kan anvendes til chiral genkendelse. Disse teknikker involverer interaktion af to eller flere laserimpulser med de chirale molekyler, hvilket resulterer i generering af ikke-lineære signaler, der er følsomme over for den molekylære chiralitet. Ved at analysere intensiteten, polariseringen og fasen af ​​de ikke-lineære signaler kan chiral information opnås.

Femtosekund laser-induceret chiral dynamik: Femtosekund laserimpulser kan initiere ultrahurtig molekylær dynamik, herunder rotationer, vibrationer og konformationelle ændringer i chirale molekyler. Denne dynamik kan være meget enantioselektiv, hvilket fører til forskelle i den tidsmæssige udvikling af de molekylære egenskaber. Ved at overvåge de tidsopløste ændringer i absorption, fluorescens eller andre spektroskopiske signaler er det muligt at identificere og karakterisere de chirale signaturer forbundet med disse dynamikker.

Teoretisk modellering og simuleringer: For fuldt ud at forstå og fortolke de chirale genkendelsesresultater opnået fra femtosekund lasereksperimenter, spiller teoretisk modellering og simuleringer en afgørende rolle. Disse simuleringer giver indsigt i de underliggende mekanismer for chirale interaktioner, hjælper med at tildele eksperimentelle spektre og forudsige den chirale respons af molekyler under forskellige forhold.

Femtosekund laserbaserede chirale genkendelsesteknikker har demonstreret høj følsomhed, selektivitet og alsidighed, hvilket gør dem til lovende værktøjer til forskellige applikationer, herunder farmaceutisk analyse, enantioselektiv syntese, chiral sansning og grundlæggende studier af chiralitet i kemi, biologi og materialevidenskab