Kr-Ar laser Raman spectrometer for low temperature measurements /

A Czerny Mount double monochromator is used to measure Raman scattered radiation near 90" from a crystalline, Silicon sample. Incident light is provided by a mixed gas Kr-Ar laser, operating at 5145 A. The double monochromator is calibrated to true wavelength by comparison of Kr and Ar emission Une positions (A) to grating position (A) display [1]. The relationship was found to be hnear and can be described by, y = 1.219873a; - 1209.32, (1) where y is true wavelength (A) and xis grating position display (A). The Raman emission spectra are collected via C"*""*" encoded software, which displays a mV signal from a Photodetector and allows stepping control of the gratings via an A/D interface. [2] The software collection parameters, detector temperature and optics are optimised to yield the best quality spectra. The inclusion of a cryostat allows for temperatmre dependent capabihty ranging from 4 K to w 350 K. Silicon Stokes temperatm-e dependent Raman spectra, generally show agreement with Uterature results [3] in their frequency haxdening, FWHM reduction and intensity increase as temperature is reduced. Tests reveal that a re-alignment of the double monochromator is necessary before spectral resolution can approach literature standard. This has not yet been carried out due to time constraints.

Études des interactions détergents/lipides dans les systèmes membranaires

Les liposomes sont des structures sphériques formés par l'auto-assemblage de molécules amphiphiles sous forme d'une bicouche. Cette bicouche sépare le volume intérieur du liposome du milieu extérieur, de la même manière que les membranes cellulaires. Les liposomes sont donc des modèles de membranes cellulaires et sont formulés pour étudier les processus biologiques qui font intervenir la membrane (transport de molécules à travers la membrane, effets des charges en surface, interactions entre la matrice lipidique et d'autres molécules, etc.). Parce qu'ils peuvent encapsuler une solution aqueuse en leur volume intérieur, ils sont aussi utilisés aujourd'hui comme nanovecteurs de principes actifs. Nous avons formulé des liposomes non-phospholipidiques riches en stérol que nous avons appelés stérosomes. Ces stérosomes sont composés d'environ 30 % d'amphiphiles monoalkylés et d'environ 70 % de stérols (cholestérol, Chol, et/ou sulfate de cholestérol, Schol). Quand certaines conditions sont respectées, ces mélanges sont capables de former une phase liquide ordonnée (Lo) pour donner, par extrusion, des vésicules unilamellaires. Certaines de ces nouvelles formulations ont été fonctionnalisées de manière à libérer leur contenu en réponse à un stimulus externe. En incorporant des acides gras dérivés de l’acide palmitique possédant différents pKa, nous avons pu contrôler le pH auquel la libération débute. Un modèle mathématique a été proposé afin de cerner les paramètres régissant leur comportement de libération. En incorporant un amphiphile sensible à la lumière (un dérivé de l’azobenzène), les liposomes formés semblent répondre à une radiation lumineuse. Pour ce système, il serait probablement nécessaire de tracer le diagramme de phase du mélange afin de contrôler la photo-libération de l’agent encapsulé. Nous avons aussi formulé des liposomes contenant un amphiphile cationique (le chlorure de cétylpyridinium). En tant que nanovecteurs, ces stérosomes montrent un potentiel intéressant pour la libération passive ou contrôlée de principes actifs. Pour ces systèmes, nous avons développé un modèle pour déterminer l’orientation des différentes molécules dans la bicouche. La formation de ces nouveaux systèmes a aussi apporté de nouvelles connaissances dans le domaine des interactions détergents-lipides. Aux nombreux effets du cholestérol (Chol) sur les systèmes biologiques, il faut ajouter maintenant que les stérols sont aussi capables de forcer les amphiphiles monoalkylés à former des bicouches. Cette nouvelle propriété peut avoir des répercussions sur notre compréhension du fonctionnement des systèmes biologiques. Enfin, les amphiphiles monoalkylés peuvent interagir avec la membrane et avoir des répercussions importantes sur son fonctionnement. Par exemple, l'effet antibactérien de détergents est supposé être dû à leur insertion dans la membrane. Cette insertion est régie par l'affinité existant entre le détergent et cette dernière. Dans ce cadre, nous avons voulu développer une nouvelle méthode permettant d'étudier ces affinités. Nous avons choisi la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS) pour sa sensibilité. Les hypothèses permettant de déterminer cette constante d’affinité se basent sur l’incapacité du détergent à exalter le signal SERS lorsque le détergent est inséré dans la membrane. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus par titration calorimétrique isotherme (ITC). Les résultats ont montré des différences. Ces différences ont été discutées.

Montage et caractérisation d’un système de spectroscopie Raman accordable en longueur d’onde utilisant des réseaux de Bragg comme filtre : application aux nanotubes de carbone

La spectroscopie Raman est un outil non destructif fort utile lors de la caractérisation de matériau. Cette technique consiste essentiellement à faire l’analyse de la diffusion inélastique de lumière par un matériau. Les performances d’un système de spectroscopie Raman proviennent en majeure partie de deux filtres ; l’un pour purifier la raie incidente (habituellement un laser) et l’autre pour atténuer la raie élastique du faisceau de signal. En spectroscopie Raman résonante (SRR), l’énergie (la longueur d’onde) d’excitation est accordée de façon à être voisine d’une transition électronique permise dans le matériau à l’étude. La section efficace d’un processus Raman peut alors être augmentée d’un facteur allant jusqu’à 106. La technologie actuelle est limitée au niveau des filtres accordables en longueur d’onde. La SRR est donc une technique complexe et pour l’instant fastidieuse à mettre en œuvre. Ce mémoire présente la conception et la construction d’un système de spectroscopie Raman accordable en longueur d’onde basé sur des filtres à réseaux de Bragg en volume. Ce système vise une utilisation dans le proche infrarouge afin d’étudier les résonances de nanotubes de carbone. Les étapes menant à la mise en fonction du système sont décrites. Elles couvrent les aspects de conceptualisation, de fabrication, de caractérisation ainsi que de l’optimisation du système. Ce projet fut réalisé en étroite collaboration avec une petite entreprise d’ici, Photon etc. De cette coopération sont nés les filtres accordables permettant avec facilité de changer la longueur d’onde d’excitation. Ces filtres ont été combinés à un laser titane : saphir accordable de 700 à 1100 nm, à un microscope «maison» ainsi qu’à un système de détection utilisant une caméra CCD et un spectromètre à réseau. Sont d’abord présentés les aspects théoriques entourant la SRR. Par la suite, les nanotubes de carbone (NTC) sont décrits et utilisés pour montrer la pertinence d’une telle technique. Ensuite, le principe de fonctionnement des filtres est décrit pour être suivi de l’article où sont parus les principaux résultats de ce travail. On y trouvera entre autres la caractérisation optique des filtres. Les limites de basses fréquences du système sont démontrées en effectuant des mesures sur un échantillon de soufre dont la raie à 27 cm-1 est clairement résolue. La simplicité d’accordabilité est quant à elle démontrée par l’utilisation d’un échantillon de NTC en poudre. En variant la longueur d’onde (l’énergie d’excitation), différentes chiralités sont observées et par le fait même, différentes raies sont présentes dans les spectres. Finalement, des précisions sur l’alignement, l’optimisation et l’opération du système sont décrites. La faible acceptance angulaire est l’inconvénient majeur de l’utilisation de ce type de filtre. Elle se répercute en problème d’atténuation ce qui est critique plus particulièrement pour le filtre coupe-bande. Des améliorations possibles face à cette limitation sont étudiées.

Spectroscopie Raman de complexes de fer(II) et fer(III) à transition de spin

Les transitions de spin provoquent des changements de propriétés physiques des complexes de métaux du bloc d les subissant, notamment de leur structure et propriétés spectroscopiques. Ce mémoire porte sur la spectroscopie Raman de composés du fer(II) et du fer(III), pour lesquels on induit une transition de spin par variation de la température ou de la pression. Trois complexes de fer(II) de type FeN4(NCS)2 avec des comportements de transition de spin différents ont été étudiés : Fe(Phen)2(NCS)2 (Phen : 1,10-Phénanthroline), Fe(Btz)2(NCS)2 (Btz : 2,2’-bi-4,5-dihydrothiazine) et Fe(pyridine)4(NCS)2. Un décalage de l’ordre de 50 cm-1 est observable pour la fréquence d’étirement C-N du ligand thiocyanate des complexes FeN4(NCS)2, lors de la transition de spin induite par variation de la température ou de la pression. Il est possible d’utiliser cette variation de fréquence afin de tracer un profil de transition. Quatre complexes isomères de type FeL222(CN)2 (L222 : 2,13- diméthyl-6,9-dioxa-3,12,18-triazabicyclo[12.3.1]-octadéca-1(18),2,12,14,16-pentaène) ont également été étudiés. Un taux de décalage de l’ordre d’environ 0,03 cm-1/K est observé pour plusieurs bandes du complexe FeL222(CN)2. La bande à 1415 cm-1 disparaît à plus haute température au profit d’une bande à 1400 cm-1. Pour le complexe de chiralité R,R’, les bandes à 1008 cm-1 et 1140 cm-1 se déplacent vers des fréquences plus élevées à partir de 223 K. Les transitions de spin sont observées dans certains complexes de fer(III). Dans cette famille de composés, le complexe Fe(EtDTC)3 (EtDTC : N,N-diéthyldithiocarbamate) a été étudié . Aucun changement n’a été observé dans l’intensité des bandes d’étirement fer-soufre sur les spectres à température variable. Cependant, la bande Fe-S associée à la forme bas-spin à 530 cm-1 augmente en intensité au profit de la bande associée à la forme haut-spin à 350 cm-1 lors des mesures à haute pression, passant d’un rapport d’amplitude de 50% à pression ambiante à 80% à 21 kbar. Un dédoublement de la bande d’étirement C-N du ligand dithiocarbamate à 1495 cm-1 est également observé à des pressions supérieures à 5 kbar. Une comparaison des changements des fréquences de vibration de tous les complexes est effectuée.

Détection de protéines par diffusion Raman exaltée par effet de pointe (TERS)

La concentration locale des messagers chimiques sécrétés par les cellules peut être mesurée afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires liés à diverses maladies, dont les métastases du cancer. De nouvelles techniques analytiques sont requises pour effectuer ces mesures locales de marqueurs biologiques à proximité des cellules. Ce mémoire présentera le développement d’une nouvelle technique basée sur la réponse plasmonique sur des leviers AFM, permettant d’étudier les réactions chimiques et biologiques à la surface des leviers grâce au phénomène de résonance des plasmons de surface (SPR), ainsi qu’à la diffusion Raman exaltée par effet de pointe (TERS). En effet, il est possible de localiser l’amplification du signal Raman à la pointe d’un levier AFM, tout comme le principe de la diffusion Raman exaltée par effet de surface (SERS) basée sur la diffusion de la lumière par des nanoparticules métalliques, et permettant une large amplification du signal Raman. La surface du levier est recouverte d’une nano-couche métallique d’or, suivi par des réactions biologiques pour l’immobilisation d’un récepteur moléculaire, créant ainsi un biocapteur sur la pointe du levier. Une détection secondaire utilisant des nanoparticules d’or conjuguées à un anticorps secondaire permet également une amplification du signal SPR et Raman lors de la détection d’antigène. Ce mémoire démontrera le développement et la validation de la détection de l’immunoglobuline G (IgG) sur la pointe du levier AFM.Dans des projets futurs, cette nouvelle technique d’instrumentation et d’imagerie sera optimisée grâce à la création d’un micro-détecteur protéique généralement adapté pour l’étude de la communication cellulaire. En intégrant le signal SPR à la microscopie AFM, il sera alors possible de développer des biocapteurs SPR couplés à une sonde à balayage, ce qui permettra d’effectuer une analyse topographique et de l’environnement chimique d’échantillons cellulaires en temps réel, pour la mesure des messagers moléculaires sécrétés dans la matrice extracellulaire, lors de la communication cellulaire.

Multipole modes and spin features in the Raman spectrum of nanoscopic quantum rings

We present a systematic study of ground state and spectroscopic properties of many-electron nanoscopic quantum rings. Addition energies at zero magnetic field (B) and electrochemical potentials as a function of B are given for a ring hosting up to 24 electrons. We find discontinuities in the excitation energies of multipole spin and charge density modes, and a coupling between the charge and spin density responses that allow to identify the formation of ferromagnetic ground states in narrow magnetic field regions. These effects can be observed in Raman experiments, and are related to the fractional Aharonov-Bohm oscillations of the energy and of the persistent current in the ring

Raman and FTIR studies of the structural aspects of Nasicon-type crystals; AFeTi(PO4)3 [A ¼ Ca, Cd]

Raman and FTIR spectra of CaFeTi(PO4)3 and CdFeTi(PO4)3 are recorded and analyzed. The observed bands are assigned in terms of vibrations of TiO6 octahedra and PO4 tetrahedra. The symmetry of TiO6 octrahedra and PO4 tetrahedra is lowered from their free ion symmetry. The presence of Fe3+ ion disrupts the Ti–O–P–O–Ti chain and leads to the distortion of TiO6 octrahedra and PO4 tetrahedra. The PO4 3 tetrahedra in both crystals are linearly distorted. The covalency bonding factor of PO4 3 polyanion of both the crystals are calculated from the Raman spectra and compared to that of other Nasicon-type systems. The numerical values of covalency bonding factor indicates that there is a reduction in redox energy and cell voltage and is attributed to strong covalency of PO4 3 polyanionin

Vibrational spectroscopy of a compound with a CS7 ring

The product of the Asinger reaction between elemental sulfur, n-butylamine and acetophenone is 8-(n-butylaminophenylmethyliden)-1,2,3,4,5,6,7-heptathiocane which contains a CS7 ring. A combination of infrared, Raman and inelastic neutron scattering spectroscopies with periodic density functional theory calculations is used to provide a complete assignment of the vibrational spectra of this unusual species. The similarity between the Raman spectra of the compound and that of elemental sulfur is particularly striking. Copyright (C) 2009 John Wiley & Sons, Ltd.

Analysis of red and yellow ochre samples from Clearwell Caves and Catalhoyuk by vibrational spectroscopy and other techniques

Ochre samples excavated from the neolithic site at Qatalhoyuk, Turkey have been compared with "native" ochres from Clearwell Caves, UK using infrared spectroscopy backed up by Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (with energy-dispersive X-rays (EDX) analysis), powder X-ray diffraction, diffuse reflection UV-Vis and atomic absorption spectroscopies. For the Clearwell Caves ochres, which range in colour from yellow-orange to red-brown, it is shown that the colour is related to the nature of the chromophore present and not to any differences in particle size. The darker red ochres contain predominantly haematite while the yellow ochre contains only goethite. The ochres from Qatalhoyuk contain only about one-twentieth of the levels of iron found in the Clearwell Caves ochres. The iron oxide pigment (haematite in all cases studied here) has been mixed with a soft lime plaster which also contains calcite and silicate (clay) minerals. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Oxidation of biogenic and water-soluble compounds in aqueous and organic aerosol droplets by ozone: a kinetic and product analysis approach using laser Raman tweezers

The results of an experimental study into the oxidative degradation of proxies for atmospheric aerosol are presented. We demonstrate that the laser Raman tweezers method can be used successfully to obtain uptake coeffcients for gaseous oxidants on individual aqueous and organic droplets, whilst the size and composition of the droplets is simultaneously followed. A laser tweezers system was used to trap individual droplets containing an unsaturated organic compound in either an aqueous or organic ( alkane) solvent. The droplet was exposed to gas- phase ozone and the reaction kinetics and products followed using Raman spectroscopy. The reactions of three different organic compounds with ozone were studied: fumarate anions, benzoate anions and alpha pinene. The fumarate and benzoate anions in aqueous solution were used to represent components of humic- like substances, HULIS; a alpha- pinene in an alkane solvent was studied as a proxy for biogenic aerosol. The kinetic analysis shows that for these systems the diffusive transport and mass accommodation of ozone is relatively fast, and that liquid- phase di. ffusion and reaction are the rate determining steps. Uptake coe. ffcients, g, were found to be ( 1.1 +/- 0.7) x 10(-5), ( 1.5 +/- 0.7) x 10 (-5) and ( 3.0 - 7.5) x 10 (-3) for the reactions of ozone with the fumarate, benzoate and a- pinene containing droplets, respectively. Liquid- phase bimolecular rate coe. cients for reactions of dissolved ozone molecules with fumarate, benzoate and a- pinene were also obtained: k(fumarate) = ( 2.7 +/- 2) x 10 (5), k(benzoate) = ( 3.5 +/- 3) x 10 (5) and k(alpha-pinene) = ( 1-3) x 10(7) dm(3) mol (-1) s (- 1). The droplet size was found to remain stable over the course of the oxidation process for the HULIS- proxies and for the oxidation of a- pinene in pentadecane. The study of the alpha- pinene/ ozone system is the first using organic seed particles to show that the hygroscopicity of the particle does not increase dramatically over the course of the oxidation. No products were detected by Raman spectroscopy for the reaction of benzoate ions with ozone. One product peak, consistent with aqueous carbonate anions, was observed when following the oxidation of fumarate ions by ozone. Product peaks observed in the reaction of ozone with alpha- pinene suggest the formation of new species containing carbonyl groups.

Analysis of red and yellow ochre samples from Clearwell Caves and Catalhoyuk by vibrational spectroscopy and other techniques

Ochre samples excavated from the neolithic site at Qatalhoyuk, Turkey have been compared with "native" ochres from Clearwell Caves, UK using infrared spectroscopy backed up by Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (with energy-dispersive X-rays (EDX) analysis), powder X-ray diffraction, diffuse reflection UV-Vis and atomic absorption spectroscopies. For the Clearwell Caves ochres, which range in colour from yellow-orange to red-brown, it is shown that the colour is related to the nature of the chromophore present and not to any differences in particle size. The darker red ochres contain predominantly haematite while the yellow ochre contains only goethite. The ochres from Qatalhoyuk contain only about one-twentieth of the levels of iron found in the Clearwell Caves ochres. The iron oxide pigment (haematite in all cases studied here) has been mixed with a soft lime plaster which also contains calcite and silicate (clay) minerals. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Probing the functionalization of gold surfaces and protein adsorption by PM-IRRAS

The control of morphology and coating of metal surfaces is essential for a number of organic electronic devices including photovoltaic cells and sensors. In this study, we monitor the functionalization of gold surfaces with 11-mercaptoundecanoic acid (MUA, HS(CH(2))(10)CO(2)H) and cysteamine, aiming at passivating the surfaces for application in surface plasmon resonance (SPR) biosensors. Using polarization-modulated infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS), cyclic voltammetry, atomic force microscopy and quartz crystal microbalance, we observed a time-dependent organization process of the adsorbed MUA monolayer with alkyl chains perpendicular to the gold surface. Such optimized condition for surface passivation was obtained with a systematic search for experimental parameters leading to the lowest electrochemical signal of the functionalized gold electrode. The ability to build supramolecular architectures was also confirmed by detecting with PM-IRRAS the adsorption of streptavidin on the MUA-functionalized gold. As the approaches used for surface functionalization and its verification with PM-IRRAS are generic, one may now envisage monitoring the fabrication of tailored electrodes for a variety of applications.

Bismuth germanate films prepared by Pechini method

Bismuth germanate films were prepared by dip coating and spin coating techniques and the dependence of the luminescent properties of the samples on the resin viscosity and deposition technique was investigated. The resin used for the preparation of the films was obtained via Pechini method, employing the precursors Bi(2)O(3) and GeO(2). Citric acid and ethylene glycol were used as chelating and cross-linking agents, respectively. Results from X-ray diffraction and Raman spectroscopy indicated that the films sintered at 700 degrees C for 10 h presented the single crystalline phase Bi(4)Ge(3)O(12). SEM images of the films have shown that homogeneous flat films can be produced by the two techniques investigated. All the samples presented the typical Bi(4)Ge(3)O(12) emission band centred at 505 nm. Films with 3.1 mu m average thickness presented 80% of the luminescence intensity registered for the single crystal at the maximum wavelength. Published by Elsevier B.V.

Synthesis and characterization of a new mebendazole salt: Mebendazole hydrochloride

Mebendazole hydrochloride [(5-benzoyl-1H-benzimidazole-2-yl)-carbamic acid methyl ester hydrochloride, MBZ.HCl], a new stable salt of mebendazole (MBZ), has been synthesized and characterized. It can easily be obtained from recrystallization of forms A, B, or C of MBZ in diverse solvents with the addition of hydrochloric acid solution. Crystallographic data reveals that the particular conformation adopted by the carbamic group contributes to the stability of the network. The crystal packing is stabilized by the presence of three N-H...Cl intermolecular interactions that form chains along the b axis. The XRD analyses of the three crystalline habits found in the crystallization process (square-based pyramids, pseudohexagonal plates, and prismatic) show equivalent diffraction patterns. The vibrational behavior is consistent with crystal structure. The most important functional groups show shifts to lower or higher frequencies in relation to the MBZ polymorphs. The thermal study on MBZ center dot HCI indicates that the compound is stable up to 160 degrees C approximately. Decomposition occurs in four steps. In the first step the HCl group is eliminated, and after that the remaining MBZ polymorph A decomposes in three steps, as happens with polymorphs B and C. (C) 2007 Wiley-Liss, Inc. and the American Pharmacists Association J Pharm Sci 97:542-552, 2008.