1
Physikalische Chemie für Fortgeschrittene
- Laser in der Chemie -(SS 2013)
PD Dr. Knut [email protected]
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
2
Zusammenfassung 21.5.2013
Laser (Fortsetzung)
- Einstein-Koeffizienten- Kohärenz
Laserspektroskopie- Definition- Elektromagnetisches Spektrum- Molekulare Antennen
Absorptionsspektroskopie- Lambert-Beersches Gesetz
3
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
4
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
5
Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS)
J. Hodgkinson, R.P. Tatam, Meas. Sci. Technol. 24 012004 (2013).
ii
i n
Detektionslimit: Emin ≥ 10-5
6
Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS)
typischer TDLAS –Aufbau zur kontaktlosen Verbrennungsdiagnostik (http://www.metrolaserinc.com/tdlas.htm)
7
Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS)
Detektionsgrenzen für atmosphärische Spezies(Lasers in Chemistry, S.257)
8
Wavelength Modulation Spectroscopy
9
Selektive nicht-katalytische Reduktion (SNCR)
10http://ubm.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2010/2415/pdf/doc.pdf
11
12
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
13
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
15
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
16
Frank-Condon Prinzip
James Franck1882-1964deutsch-amerikanischer PhysikerNobelpreis für Physik 1925 (Franck-Hertz Versuch)
Edward Condon1902-1974
amerikanischer Physiker
Quelle: http://de.wikipedia.org
17
Verbrennungsgdiagnostik I
C. Schulz in Z. Phys. Chem. 219 (2005) 509-54.
Photoelektronenvervielfacher
CCD Sensor (charge-coupled device)
unverbranntesCH4+Luft (schwarz)
18
Verbrennungsgdiagnostik II
19
LIF-Thermometer (NO)
19
NO (T ~ 300 K)
NO (T ~ 2000 K)
http://www.princeton.edu/cefrc/Files/2011%20Lecture%20Notes/Alden/Lecture-5-LIF.pdf
20
LIF-Thermometer (Metallatome)
20http://www.princeton.edu/cefrc/Files/2011%20Lecture%20Notes/Alden/Lecture-5-LIF.pdf
21
LIF-Thermometer (Metallatome)
21http://www.princeton.edu/cefrc/Files/2011%20Lecture%20Notes/Alden/Lecture-5-LIF.pdf
22
LIF einzelner Fluorescein Moleküle in Lösung
LIF: Molekulare Reaktionsdynamik
22
an einem Gitter gestreute LIF von I2 Dampf
23
LIF: Molekulare Reaktionsdynamik
23
interne Energieverteilung der
Reaktionsprodukte
Ba + HX BaX + H
24
Ende 21.5.13