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Physikalische Chemie für Fortgeschrittene

- Laser in der Chemie -(SS 2013)

PD Dr. Knut Asmisknut.asmis@uni-leipzig.de

Literatur:

1) Physikalische Chemie, Atkins, Oxford, 20102) Gerthsen Physik, Vogel, Springer, 19993) Lasers in Chemistry, Ed. Lackner, Wiley-VCH 20084) Biophysical Chemistry, Alan Cooper, RSC Publishing 2011

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Zusammenfassung 21.5.2013

Laser (Fortsetzung)

- Einstein-Koeffizienten- Kohärenz

Laserspektroskopie- Definition- Elektromagnetisches Spektrum- Molekulare Antennen

Absorptionsspektroskopie- Lambert-Beersches Gesetz

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Übersicht 28.5.2013

Absorptionsspektroskopie (Fortsetzung)- Detektionslimit (klassicher Aufbau)- Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (TDLAS)- Beispiele TDLAS- Cavity Ring-Down Spektroskopie (CRDS)

Wirkungsspektroskopie- Verhalten elektronisch-angeregter Zustände- radiative und nicht-radiative Prozesse- Laserindzuzierte Fluoreszenz (LIF)- Beispiele LIF

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Direkte Absorptionsmessung

a) Lichtquelle: UV/VIS Lampe, Globar (IR)

b) Laser (z.B. Farbstofflaser)

http://www.uni-bielefeld.de/chemie/lehre/basispc/media/Spektrometer/http://www.techniklexikon.net/d/absorptionsspektroskopie/absorptionsspektroskopie.htm

Detektionslimit: Emin ≥ 10-3

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Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS)

J. Hodgkinson, R.P. Tatam, Meas. Sci. Technol. 24 012004 (2013).

ii

i n

Detektionslimit: Emin ≥ 10-5

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Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS)

typischer TDLAS –Aufbau zur kontaktlosen Verbrennungsdiagnostik (http://www.metrolaserinc.com/tdlas.htm)

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Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS)

Detektionsgrenzen für atmosphärische Spezies(Lasers in Chemistry, S.257)

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Wavelength Modulation Spectroscopy

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Selektive nicht-katalytische Reduktion (SNCR)

10http://ubm.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2010/2415/pdf/doc.pdf

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Cavity Ring-Down Spektroskopie (CRDS)

Die Abbildung zeigt einen experimentellen Aufbau zur Implementierung der CRDS, um Konzentrationen von Radikalen (hier: HCO) in Gegenstrom-Diffusionsflammen zu bestimmen.

http://rag.web.psi.ch/htdz/SFB_CRDS/CRD.htm

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First CRDS absorption experiment

Rev. Sci. Instrum. 59, 2544 (1988)

Rotationsaufgelösterspin-verbotener Übergangim molekularen Sauerstoff inLuft!

14 14aus Atkins

Verhalten elektronisch-angeregter Zustände

-radiative und nicht-radiative Prozesse

- Absorption (Information über S1)

- Fluoreszenz (Information über S0)

- rot-verschobene Fluoreszenz

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Verhalten elektronisch-angeregter Zustände

15

Jablonski-Diagramm für Naphthalin

- Fluoreszenz (~ns) vs. Phosporeszenz (>ms) Lebensdauer (Spin-Verbot, Spin-Bahn-

Kopplung)

- isoenergetische Prozese: interne Konversion (~ns-~ms) und Spinumkehr (ISC)

- nicht isoenergetische Prozesse: Quenchingaus Atkins

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Frank-Condon Prinzip

James Franck1882-1964deutsch-amerikanischer PhysikerNobelpreis für Physik 1925 (Franck-Hertz Versuch)

Edward Condon1902-1974

amerikanischer Physiker

Quelle: http://de.wikipedia.org

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Verbrennungsgdiagnostik I

C. Schulz in Z. Phys. Chem. 219 (2005) 509-54.

Photoelektronenvervielfacher

CCD Sensor (charge-coupled device)

unverbranntesCH4+Luft (schwarz)

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Verbrennungsgdiagnostik II

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LIF-Thermometer (NO)

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NO (T ~ 300 K)

NO (T ~ 2000 K)

http://www.princeton.edu/cefrc/Files/2011%20Lecture%20Notes/Alden/Lecture-5-LIF.pdf

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LIF-Thermometer (Metallatome)

20http://www.princeton.edu/cefrc/Files/2011%20Lecture%20Notes/Alden/Lecture-5-LIF.pdf

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LIF-Thermometer (Metallatome)

21http://www.princeton.edu/cefrc/Files/2011%20Lecture%20Notes/Alden/Lecture-5-LIF.pdf

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LIF einzelner Fluorescein Moleküle in Lösung

LIF: Molekulare Reaktionsdynamik

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an einem Gitter gestreute LIF von I2 Dampf

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LIF: Molekulare Reaktionsdynamik

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interne Energieverteilung der

Reaktionsprodukte

Ba + HX BaX + H

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Ende 21.5.13