picoTAS

picoTAS なら短寿命中間体を簡単に測定できます特長 ギャップ時間帯(1ns～20ns)を完全にカバー

光が関わる多くの現象では、瞬時に生成・消滅する中間体（過渡種）が生成物や反応効率を決める上で重要な役割を果たしています。これらの中間体は一つの反応系でも複数存在し、観測される時間スケールも波長領域も異なります。

picoTAS は時間・波長の両方で広い範囲にわたって中間体の光吸収信号を観測でき、さまざまな高速反応の研究や高性能デバイスの開発に貢献します。

 100 ピコ秒からミリ秒の過渡吸収測定
 可視～近赤外の広い測定波長領域
 発光信号を除去し、純粋な過渡吸収を測定
 ポンプ光とプローブ光は非同期
 コンパクト設計、光学ベンチ不要（-ns モデル）
 お手持ちのパルスレーザーにも対応可能
過渡吸収分光法とは ・ ・ ・
過渡吸収分光法 (Transient Absorption Spectroscopy)
は、吸収分光測定を超高速に時間分解して行う方法です。パルス光で対象試料の高速光反応を誘起し、引き続いて起こる過程を吸光度や吸収スペクトルの時間変化として観測します。
同じ時間分解分光法である蛍光寿命測定法で得られる情報は、多くの場合、反応初期の蛍光性中間体（励起一重項）のものに限られます。過渡吸収分光法であれば非発光性の中間体・中間状態（短寿命ラジカル、電子移動状態、など）の情報も得ることができ、初期過程に続く複雑な反応過程も全て追跡することができます。

 吸収（吸光度）の変化を高速測定
 短寿命中間体（過渡種）を検出・識別
 発光性、非発光性中間体のいずれも検出可能
 複雑な反応過程を追跡・解析可能広範なアプリケーション
対象領域

従来品と picoTAS の違いは ・ ・ ・picoTAS
fs

psns

ポンプ・プローブ法

μss

ナノ秒フラッシュ・フォトリシス法

ギャップ時間帯

2ms

従来の過渡吸収測定法であるフェムト秒ポンプ・プローブ法とナノ秒フラッシュフォトリシス法は、いずれも 1ナノ秒から 20ナノ秒の時間帯の測定が困難でした。また蛍光やりん光を有する発光性試料では、多くの場合純粋な過渡吸収信号が得られませんでした。
picoTAS は従来測定が難しかった 1 ナノ秒から 20 ナノ秒の「ギャップ時間帯」を含む広い時間帯の測定を可能にしました。さらに発光の影響を差し引くことができるという長所も兼ね備えており、発光性、非発光性を問わず、これまで観測できなかった中間体を正確に検出・測定することができます。

対象物質

 色素標識 DNA
 フォトクロミック
 光スイッチング 量子ドット 人工光合成
 光触媒
 有機系太陽電池 など

 フラーレン ポルフィリン
 光反応性有機分子
 各種金属錯体
 酸化チタン 有機EL素子
 ナノカーボン など

現象

学問
分野

 励起一重項
 三重項
 電子移動 電荷分離 ラジカル生成・消滅
 エキシマ―生成・消滅
 エネルギー移動 など
 光化学
 光物理学 光生物学 ナノサイエンス 材料化学 エネルギー化学
 環境化学 など

33picoTAS

システム構成picoTAS 光学ユニット (分光器、光学系、試料室、検出器)

1600 nmモデルと対応範囲（時間・波長）

NIR• 410-1600 nm

色収差を最小限に抑えた光学設計

800 nmPC• ダブルビーム式

光源のふらつきを補正します

2mmセル・薄膜試料で高い励起効率• 自動シャッター（ポンプ、プローブ）

400 nm• 斜入射配置ポンプ光学系

VIS• 2mm溶液セル、薄膜ホルダー

専用
オシロスコープnsps• プローブ光強度オートバランス機構-ps（ピコ秒）
モデル

µs

mss

-ns（サブナノ秒）
モデル

フォトニッククリスタルファイバー

プローブ光源

ポンプ光源

高繰り返しスーパーコンティニュアム白色光源
50-100 ps, 20 MHz, 410-1600 nm-ns モデル パルス幅 <400 ps, 1 kHz
または-ps モデル パルス幅 25 ps, 1 kHz

picoTAS のプローブ光（パルス列）とポンプ光（パルス）は非同期です

測定原理 RIPT （リプト）法
ポンプ 1 回目

RIPT （リプト） 法ではポンプ光照射ごとにポンプ光（< 1 ns, ～1kHz）とプローブ光（スーパーコンティニュアム白色光源, 50～100ps,20MHz）の信号波形を高速フォトダイオードとオシロスコープで記録します。これらの信号からポンプ光と全てのプローブ光の遅延時間を計算しポンプます。またサンプルを透過したプローブ光パルスの1つ1つの光強度をアンプ付検出器（フォトダイオード etc.)で同じオシロスコープに記録し、そのプローブ

ポンプ 2 回目

(Randomly Interleaved Pulse Train Method)
再構成ウィンドウ

I

強度を遅延時間に基づいてPC上で並べ替えます。ポンプ光照射を繰り返すと、ポンプ光とプローブ光は非同期なので毎回遅延時間が異なりまt d [1]

す。したがってポンプ光照射を多数回繰り返すことにより、やがて時間的に連続的なデータが蓄積されます。これを吸光度演算しPC上でプロットすることによって、高い時間分解能と広い測定時間幅が同時に達成された過渡吸収信号となります。

4

検出信号

Optics Letters, 41, 1498 (2016)

ポンプ k 回目

t d [2]t d [k]

吸光度変化の計算

td5ギャップ時間帯 (1ns～20ns) を完全にカバーしました

可視～近赤外の広い波長領域を継ぎ目無く測定できます

1 ナノ秒から 20 ナノ秒の時間領域は、従来の方法では過渡吸収の測定が難しい「ギャップ時間帯」

picoTAS なら可視(> 410 nm) から近赤外 (< 1600 nm) までの広い波長でしたが、picoTAS はこれまでほとんど計測できなかったこの時間領域の測定を可能にしました。

範囲を連続的に測定することができます。特に近赤外領域は近年観測の必要性が高Benzophenon in Acetonitrile
Probe at 550 nm

まっています。

ギャップ時間帯には、「励起一重項状態」 多くの光化学反応の最初の励起状態「励起三重項状態」 第二の励起状態で、反応生成物を決めるなど応用面において重要な鍵を握る中間状態「ラジカル種」
反応性の高い中間状態

波長ごとの時間分解データ取得のほか、分子内、分子間のさまざまな状態や反応過程が存在します。
ギャップ時間帯
フラッシュフォトリシス

ポンプ・プローブ

picoTAS
ナノ秒フラッシュフォトリシス
ギャップ時間帯

観測できる
現象
例

picoTAS

プローブ光源に用いているスーパーコンティニュアム
光源は可視から近赤外の広い波長範囲にわたって光を射出しています。その強度には波長依存性がありますが、picoTAS は検出器に入る光励起一重項項間交差
励起三重項

強度を自動的に調整します。

ラジカル種、エネルギー移動、電子移動、etc/

fs

ps

ns

µs

mss

ポンプ・プローブ

100 ピコ秒～ミリ秒の広い時間幅の測定を可能にしましたスペクトルを抽出する
時間を選択

過渡吸収スペクトルを表示・保存

picoTAS は 100 ピコ秒からミリ秒までの６桁以上にわたる広い時間領域の測定が可能であるため、各種中間体の生成から消滅までの全体を観測できます。
C60 in toluene

Ir(ppy)3 in THF

拡張性

6

赤外領域やX 線領域のピコ秒プローブ光源と組み合わることにより、さらに広い波長領域（エネルギー領域）の測定も可能になります。

7

発光信号を除去し、純粋な過渡吸収信号を測定します
picoTAS なら発光性の試料でも純粋な過渡吸収信号を得ることができます。従来の手法では蛍光やりん光に覆い隠されていた励起一重項状態や励起三重項状態の過渡吸収信号も明確に検出することができます。
従来のナノ秒フラッシュ
フォトリシスのデータ

picoTAS によるデータ

picoTAS

測定例

時間分解能（10-90% 立ち上がり時間）の比較
picoTAS の時間分解能は、従来の典型的なナノ秒フラッシュフォトリシスシステムの 100 倍 の 100 ps に達し、TCSPC 法による蛍光寿命測定の時間分解能に匹敵するため、非発光性試料を含む多くの反応系に適用できます。
picoTAS-ps モデル<100 pspicoTAS-ns モデル<400 ps

典型的なナノ秒フラッシュ
フォトフリシスデータ～ 10 ns

パラジウムポルフィリンの高速項間交差 (<10 ps ) を観測

蛍光
蛍光が混入した過渡吸収信号

データご提供 大阪大学末延知義先生

蛍光が除去された真の過渡吸収信号

光触媒分子の高感度過渡吸収測定

at 900 nm

光触媒材料として優れた性質を示す酸化チタンの光反応メカニズムを正しく解明するには、ポンプ光強度を小さくし、微弱な過渡吸収信号を検出しなければならないことが知られています。 この測定では、

picoTAS によってナノ秒の時間領域で 1 ミリ OD 以下の変化蛍光（吸収率変化 0.025% に相当）を捉えています。
蛍光が混入した過渡吸収スペクトル

蛍光が除去された真の過渡吸収スペクトル

picoTAS における発光信号の除去方法

試料ご提供 日本大学加藤隆二先生

フラーレン （項間交差時定数 τ =1 ns）
有機薄膜太陽電池における電子受容体として最も有望なフラーレンは、項間picoTAS の測定方式である
RIPT法では、プローブ光が照射

1交差 (ISC) の時定数が 1 ns で、ポンプ・プローブ法でもナノ秒フラッシュフォトリシス法でも過渡吸収測定の難しい試料でした。picoTAS を使うと、可視されていない瞬間をサンプリングすから近赤外領域にわたって励起一重項の減衰／項間交差／三重項生成のることで、蛍光・りん光などの発光スペクトルが綺麗に観測され、またマイクロ秒オーダーの三重項の減衰が完遂すの信号を計測することができます。

るまで測定できています。

こうして得た発光信号をプロー

ISC

ブ光の透過光信号から差し引く

Tn←T1Sn←S1

ことで、発光の影響を除去した純粋な過渡吸収信号を得ることがPump 355 nm, 25 ps
500 nm～1250 nm

できます。

Minimum Bin 50 ps

S1 decay189

仕様
picoTAS-ns

モデル
測定方式

時間分解能(10%-90% 立ち上り時間)
遅延時間分解能測定フルスケール
測定波長
自動制御
対応試料

ポンプ光

プローブ光
オシロスコープ
制御用ＰＣ
測定ソフトウェア

光源
波長
パルス幅
パルスエネルギー
繰り返し周波数
光源
パルス幅
繰り返し周波数
基本性能
拡張機能
OS

picoTAS-ps

RIPT法 (Randomly Interleaved Pulse Train method)
400 ps 以下
100 ps 以下
10 ps, 20 ps, 50 ps, 100 ps, 200 ps, 500 ps, 1 ns, 2ns, 5 ns, 10 ns, 20 ns
100 ns ～ 0.5 ms
410 ～ 1600 nm
シャッター（ポンプ光・プローブ光）、波長、波長バンド幅、波長スキャン、プローブ光強度調整
溶液（光路長 2 mm）、薄膜
パッシブ Q-SW マイクロチップレーザ
ピコ秒モードロックレーザー
532 nm (-S), 355 nm (-T), 532&355 nm (-W)
532 nm and/or 355 nm and/or 266 nm
400 ps 以下
25 ps 以下
15 μJ 以上
80 μJ 以上
1000 Hz
10 – 1000 Hz （可変）高繰り返しピコ秒スーパーコンティニュアム光源
50-100 ps 以下（波長に依存）
20 MHz ± 5%
入力 4 ch, アナログ帯域 200 MHz, サンプリング速度最大 2.5 GSa/s
シーケンスモード搭載 （RIPT法 を高速化）
Windows 10680

上面図-ns モデル用
ポンプ光源設置スペース

プロープ光源・PC・オシロスコープの設置スペースが別途必要です。
-ps モデルではポンプ光源の設置スペースが別途必要です。

480

背面図

前面図

225

-ns モデル用
ポンプ光源設置スペース

重量45kgハードウェア自動制御、オシロスコープ設定、過渡吸収信号再構成・表示、
カーブフィッティング (非線形最小自乗法)、データ重ね書き、データのテキスト保存

機能

設置環境

除振台、光学ベンチ不要

除振性能付き光学ベンチ上に設置

picoTAS 各モデルと時間範囲・波長範囲
ポンプ・プローブ法

従来法において測定が困難な’ギャップ’ 時間帯

ナノ秒フラッシュ
フォトリシス法オプション-ps モデル用波長可変ポンプ光源
励起波長を変えて実験できます
種別

オプティカル・パラメトリック･ジェネレータ (OPG)

励起用レーザー

ピコ秒モードロックレーザー、1kHz, 1W

射出波長410-709 nm, 710-2300 nm

パルスエネルギー

50µJ@450nm

1600 nm

CoolSpeK 低温セルホルダ(2mm セル仕様）

VIS

800 nmNIR-80℃～室温で過渡吸収測定ができます
温度範囲-80℃～室温（高温オプションで 100℃まで）

構造・機能

液体窒素バルブの自動制御、スターラー付

コントローラ

温度制御、結露防止用ヒーター制御

液体窒素ﾃﾞｭﾜｰ

2L (-80℃での持ち時間 2 H）

薄膜試料用自動スキャンステージ
同じ場所での測定を避け、ポンプ光による試料劣化を低減します。

ステージ

共振ピエゾモーターによる直動ステージ（水平スキャン用）＋回転ステージ一（変則的垂直軸スキャン用）

スキャン方式

一筆書き2軸スキャン（測定用ソフトウェア組込の専用プログラムによる）機能

過渡吸収測定と同期し、信号取得中は静止し、測定画面更新中にスキャンします．

パワーメータ―picoTAS に適したパワーメータ―（センサーヘッド＋ディスプレイ）をご用意いたします。

400 nmグローバル解析ソフトウェア
多成分スペクトル解析など多様な解析機能

fs

ps

ns

-ps（ピコ秒）
モデル
10

光学ユニット 外形寸法 （単位 mm）µs

mss-ns（サブナノ秒）
モデル

ソフトウェア名
解析機能
動作環境

米国OLIS社製 Global Works

センサーヘッド

サーモパイル表面吸収型ヘッド
計測レンジ 10 uW － 1 W、分解能 1 uW
波長範囲 190 – 20 μm
感光部有効径 ： 10 mm × 10 mm

ディスプレイ

アナログ表示USB接続によるPCからの制御可能
サイズ：183 × 109 × 40 mm

特異値分解(SVD)、グローバルフィッティング
寿命計算、反応メカニズムモデルの選定
Windows 1011本製品は、科学技術振興機構の先端計測分析技術・機器開発プログラムにおける、日本大学・大阪大学・名城大学との産学連携品です。

本カタログに記載されている内容は、改良のため予告無く変更することがあります。あらかじめご了承下さい。
（製品の仕様、性能はカタログ発行当時のものです）
本カタログに記載されている内容の一部または全部を無断で転載することは禁じられております。
本カタログに記載されているメーカー名、製品名などは各社の商標または登録商標です。

Catalog No.
UBPT 2022-04DJ