飛秒檢測

通過飛秒化學原理來研究物質結構就稱為飛秒檢測。飛秒檢測主要利用飛秒激光研究各種化學過程和物質組成，包括化學鍵斷裂，新鍵形成，質子傳遞和電子轉移，化合物異構化，分子解離，反應中間產物及最終產物的速度、角度和態分佈，溶液中的化學反應以及溶劑的作用，分子中的振動和轉動對化學反應的影響等。 ^[1]  飛秒檢測為當今先進的檢測技術，通過觀測分子、原子、電子、原子核、官能團等粒子飛秒級（一千萬億分之一秒，即10^-15s）的振動、能級躍遷，可以很方便的判斷物質組成和含量。飛秒檢測技術可以用於未知物分析、配方分析還原、工業診斷、衞星遙感、超級計算、痕量檢測分析等方面。 ^[2] 

在過去百年來的研究中，沒有人敢想象能在飛秒級這樣短暫的時間內進行實驗。到1980 年代末，Zewail實施的一系列試驗開創了飛秒化學研究領域。包括使用高速照相機， 這種照相機依賴於光閃爍速度為數飛秒的新激光技術，可反映分子在化學反應過程中的真實狀況，並能拍下分子恰好處於過渡態時的圖象。分子中原子發生一次典型的振動所耗時間為10 ～ 100fs，化學反應應該與這種分子中的原子振動發生在相同的時間尺度上。

我們來簡單解釋一下這個過程：一場足球賽在電視上播放如果沒有進球的“慢鏡頭”將會是什麼情景? 觀察化學反應情況也是相似的。Zewail 教授正是用“慢鏡頭”(slow motion)研究化學反應過程， 他所用的技術可稱為世界上最快的照相機。採用這種瞬間激光閃爍使我們進入了飛秒(femtoseconds , fs ,即10^-15s)的時間尺度，這即是化學反應發生的實際歷經時間。這一物理化學領域被命名為“飛秒化學”(femtochemistry)、“飛秒檢測”（Femtosecond Inspection）。

用飛秒技術研究的典型反應是分子結構的光誘導轉化，即光異構作用。科學家觀察了芪分子(含兩個苯環)的順式- 和反式- 結構的轉化，他們斷定在此過程中兩個苯環同時向對方相互轉化;最近在視網膜視黃醛分子的試驗中觀察到相似的情況，當我們的眼睛感光時，第一步光化學反應就是視黃醛分子的一對雙鍵的順-反轉化，此反應過程耗時200fs。這樣的反應速度表明吸收光子的能量不是首先再分配，而是直接集中到有關的雙鍵上。另一個生物學的重要實例是用飛秒化學解釋在光合作用中採光時葉綠素分子充分的能量轉換。 ^[3] 

1999年10月12日，瑞典皇家科學院宣佈，1999 年諾貝爾化學獎授予53 歲的具有雙重國籍的埃及和美國科學家澤維爾(Zewail)教授，以表彰他在飛秒化學領域的傑出貢獻。澤維爾教授及其小組結合分子束技術與超短激光脈衝技術， 製造了一種飛秒量級的分子“照相機”，能以飛秒的時間尺度實時觀察分子運動並目擊分子的誕生。澤維爾及其小組還利用激光的相干特性控制了化學反應的產率。這些貢獻極大地刺激了科學界其他許多領域的理論和實驗方面的研究工作， 給化學和相鄰學科帶來了革命性的變化。 ^[4]