Transcript Wykład 10

WYKŁAD 10
Wybór technik współczesnej
spektroskopii molekularnej
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Techniki eksperymentalne spektroskopii cząsteczek
klasyfikacja
I. Techniki spektroskopowe
1. spektroskopia radiacyjna
a. absorpcja i emisja (VUV, UV, VIS, IR, FIR)
►położenia linii i pasm – energie poziomów cząsteczek (el, osc, rot)
►natężenia linii i pasm – prawdopodobieństwa przejść (el, osc, rot)
►szerokości linii spektralnych – czasy życia poziomów (el, osc, rot)
►rozszczepienia linii spektralnych w zewnętrznych polach
– momenty elektryczne i magetyczne, sprzężenia między krętami
2. spektroskopia cząsteczek
►energie i pędy elektronów produkowanych w wyniku jonizacji cząsteczek
- stany elektronowe elektronów wewnętrznych powłok,
poziomów rydbergowskich i jonów
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Techniki eksperymentalne spektroskopii cząsteczek
klasyfikacja
II. Pomiary całkowitych i różniczkowych przekrojów czynnych
w zderzeniach atomów i cząsteczek
►wyznaczanie potencjałów oddziaływania pomiędzy partnerami zderzeń
►pomiary procesów nieelastycznych – transfery energii (reakcje chemiczne)
III. Pomiary zjawisk makroskopowych zależnych od własności cząsteczek
►pomiary zjawisk transportu
– dyfuzji (transport masy),
– przewodnictwa cieplnego (transport energii)
– lepkości (transport pędu)
►pomiary wielkości termodynamicznych (p, V, T) – zależą od ilości
wyizolowanej makroskopowej części gazu atomowego lub cząsteczkowego
(zależy od typu cząstek gazu i potencjałów międzyatomowych)
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Techniki eksperymentalne spektroskopii cząsteczek
wybór
1. Spektroskopia z użyciem promieniowania synchrotronowego
2. Spektroskopia laserowa (modulowana częstością)
3. Spektroskopia podwójnego rezonansu
4. Spektroskopia z użyciem przejść wymuszonych
5. Metody femtochemii
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Promieniowanie synchrotronowe
zasada powstawania – przyspieszenia e–
płaszczyzna orbitujacych e–
kierunek promieniowania w płaszczyźnie
toru ruchu e–
kąt pozapłaszczyznowy
płaszczyzna orbitujacych e–
promieniowanie emitowane stycznie
do toru ruchu e–
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Promieniowanie synchrotronowe
zasada powstawania, charakterystyki
magnes odchylający
wiggler
wzrost natężenia
promieniowania o 100
ondulator
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Promieniowanie synchrotronowe
charakterystyki
energia e–
R = 31 m
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Promieniowanie synchrotronowe w Krakowie
2007
2005
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Ośrodki promieniowania synchrotronowego
Armenia
CANDLE Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission, Yerevan
Australia
AS Australian Synchrotron, Melbourne
Brazil
LNLS Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, Campinas, Săo Paulo,
Canada
CLS Canadian Light Source, Saskatoon
CISR Canadian Institute for Synchrotron Radiation
ASI Alberta Synchrotron Institute (Province of Alberta, Canada)
CSRF Canadian Synchrotron Radiation Facility (at the SRC synchrotron in Stoughton, Wisconsin, USA)
China
BSRF Beijing Synchrotron Radiation Facility, Beijing
NSRL National Synchrotron Radiation Laboratory, Hefei
NSRRC National Synchrotron Radiation Research Center, Hsinchu
SSRF Shanghai Synchrotron Radiation Facility, Shanghai
Denmark
ISA Institute for Storage Ring Facilities, Aarhus
France
ESRF European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble
LURE Laboratoire pour l'Utilisation du Rayonnement Electromagnétique, Orsay
SOLEIL Source Optimisée de Lumičre d'Energie Intermédiaire, Saint-Aubin
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Ośrodki promieniowania synchrotronowego
Germany
ANKA Forschungszentrum Karlsruhe
BESSY Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung, Berlin
DELTA Zentrum für Synchrotronstrahlung, Dortmund, Dortmund University
DESY Deutsches Elektronen-Synchrotron, Hamburg
ELBE Elektronen Linearbeschleuniger für Strahlen hoher Brillanz und niedriger Emittanz, Dresden
ELSA Elektronen-Stretcher-Anlage, Bonn University
HASYLAB Hamburger Synchrotronstrahlungslabor, Hamburg
Holland
FELIX Free Electron Laser for Infrared Experiments, Nieuwegein
India
CAT Center for Advanced Technology, Indore
Italy
DAFNE Light Laboratory Synchrotron Radiation Facility, Frascati
ELETTRA Sincrotrone Trieste, Trieste
Japan
AIST Photonics Research Institute, Ibaraki
ARCBS Advanced Research Center for Beam Science, Kyoto
FEL-SUT IR FEL Research Center, Chiba
HSRC Hiroshima Synchrotron Radiation Center, Higashi-Hiroshima
KEK High Energy Accelerator Research Organization, Ibaraki
LASTI Laboratory of Advanced Science and Technology for Industry, Hyogo
NIRS Medical Synchrotron Radiation Facility, Chiba-shi
SPring-8 Japan Synchrotron Radiation Research Institute, Hyogo
SuperSOR Synchroton Radiation Laboratory, Chiba
UVSOR Ultraviolet Synchrotron Orbital Radiation Facility, Okazaki
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Ośrodki promieniowania synchrotronowego
Jordan
SESAME Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East, Allaan
Korea Republic
PAL Pohang Accelerator Laboratory, Pohang
Russian Federation
DELSY Dubna Electron Synchrotron, Dubna
KSRS Kurchatov Synchrotron Radiation Source, Moscow
SSRC Siberian Synchrotron Radiation Centre, Novosibirsk
TNK F. V. Lukin State Research Institute for Problems in Physics, Moscow
Sweden
MAX-lab National Electron Accelerator Laboratory for Synchrotron Radiation Research, Lund
Switzerland
SLS Swiss Light Source, Villigen
Singapore
SSLS Singapore Synchrotron Light Source
Spain
ALBA Laboratorio de Luz Sincrotrón, Barcelona
Thailand
SLRI Synchrotron Light Research Institute, Nakhon Ratchasima
Ukraine
ISI Institute of Metal Physics, Kiev
KIPT Kharkov Institute of Physics and Technology, Kharkov
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Ośrodki promieniowania synchrotronowego
United Kingdom
DIAMOND Diamond Light Source, Oxfordshire
SRS Synchrotron Radiation Source, Daresbury
United States of America
ALS Advanced Light Source, Berkeley
APS Advanced Photon Source, Argonne
CAMD Center for Advanced Microstructures and Devices, Baton Rouge
CHESS Cornell High Energy Synchrotron Source, Ithaca
CTST - UCSB Center for Terahertz Science and Technology, Santa Barbara
DFELL Duke Free Electron Laser Laboratory, Durham
JLab Jefferson Lab, Newport News
NSLS National Synchrotron Light Source, Upton
SLAC Stanford Linear Accelerator Center, Menlo Park
Stanford Picosecond FEL Center, Stanford
SRC Synchrotron Radiation Center, Stoughton, University of Winsconsin - Madison
SURF Synchrotron Ultraviolet Radiation Facilty, Gaithersburg
SSRL Stanford, CA
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Promieniowanie synchrotronowe w Krakowie
projekt pierwotny
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Promieniowanie synchrotronowe w Krakowie
projekt (już nie) obecny
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Promieniowanie synchrotronowe w Krakowie
projekt (już nie) obecny
optyka elektronowa
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
hala boostera
Promieniowanie synchrotronowe w Krakowie
projekt (już nie) obecny - beamlines
projekt 2009 – ograniczenia:
obcięcie zakresu wysokoenergetycznego (hard X soft X)
M1: 2.5-35 keV :
U1: 4-30 keV :
W2: 4-35 keV :
High Energy X-Ray Absorption
High-Resolution Powder Diffraction Beamline
Hard X-Ray Microscopy and Micro-Tomography
M3: 1-250 eV :
Visible Light and Ultraviolet Spectroscopies
U3: 7-2000 eV :
Soft X-ray Spectroscopies
M4: 10-4000 cm–1 :
U4: 5-22 keV :
M5/W5: 6-35 keV :
M6: 5-16 keV :
U6/W6: 2.3-30 keV :
W7: 3-60 keV :
Infrared beamline
Protein and Macromolecular Crystallography
BioMedical Science, Imaging and Therapy Facility
Microtomography of Construction Materials
Applied Spectroscopy Studies
X-ray diffraction topography and high resolution
diffraction of monocrystalline materials
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Promieniowanie synchrotronowe
metody dyfrakcyjne (rozproszenie elastyczne)
vs. metody z oddz. nie-elastycznym
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Promieniowanie synchrotronowe
realizacja – eksperyment absorpcyjny
kolimacja
widmo absorpcyjne
analiza fluorescencji (widmo wzbudzenia lub fluorescencji)
komórka absorpcyjna
monochromatyzacja
wiązki promieniowania
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Spektroskopia laserowa
►duże natężenia na przedział spektralny
►małe szerokości spektralne promieniowania
►►jednomodowe promieniowanie
►kolimacja wiązki
►promieniowanie impulsowe
►►ultrakrótkie impulsy (piko–12, femto-15, atto–18 sekundowe)
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Spektroskopia laserowa
spektroskopia absorpcyjna – porównanie z klasyczną
wzrost długości absorpcji L
współczynniki
absorpcji
ogólnie absorpcja względna:
wysokociśnieniowa
lampa spektralna
rozdzielczość
duża
≈
rozdzielczość
mała
szerokość linii absorpcyjnej
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
współczynniki absorpcji
uśredniony po Δω
Spektroskopia laserowa
spektroskopia absorpcyjna – modulacja fazy Ω1(t) = 2πf(t)
ωL
Ω1
L
ωL
modulacja fazy ►pasma boczne w widmie transmitowanym
detekcja ►na częstości modulacji (detektor fazoczuły)
Ω - modulated
jedna z linii rotacyjnych H2O
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Techniki podwójnego rezonansu
podstawowe schematy – poziom wspólny
typ V
typ Λ
step-by-step
(krok po kroku)
L1 i L2 w różnych obszarach spektralnych: UV, VIS, IR, radioczęstości, mikrofale
np. absorpcja mikrofal trudna,
gdy pziomy absorbujace
maja te same obsadzenia
▼
modyfikacja
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Techniki podwójnego rezonansu
schemat Λ z emisja wymuszoną - przykład spektroskopii sprzężeń Cs2
v’=50
v’’>130
oddziaływanie: I - S
rozszczepienie HFS
na cztery składowe
RI-S
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10
Femtochemia
technika „spójnej kontroli” (przykład jonizacji Na2)
granica jonizacji
© J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10