Aikaerotteinen spektroskopia valokemian tutkimuksessa



Samankaltaiset tiedostot
MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

elektroni = -varautunut tosi pieni hiukkanen nukleoni = protoni/neutroni

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Luku 14: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi

ROMUMETALLIA OSTAMASSA (OSA 1)

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

MAIDON PROTEIININ MÄÄRÄN SELVITTÄMINEN (OSA 1)

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

4.5. MATEMAATTISTEN AINEIDEN OPETTAJANKOULUTUS Tutkinnon rakenne. Matemaattisten aineiden koulutusohjelma

Nyt n = 1. Tästä ratkaistaan kuopan leveys L ja saadaan sijoittamalla elektronin massa ja vakiot

Infrapunaspektroskopia

sivu 1/7 OPETTAJALLE Työn motivaatio

Kvanttisointi Aiheet:

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN

Luku 13: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi

Atomien rakenteesta. Tapio Hansson

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

Virukset Materiaalitieteiden Rakennusaineina Suomalainen Tiedeakatemia

MAA (4 OP) JOHDANTO VALOKUVAUKSEEN,FOTOGRAM- METRIAAN JA KAUKOKARTOITUKSEEN Kevät 2006




Kvanttifysiikan perusteet 2017

FRANCKIN JA HERTZIN KOE

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

Teesi, antiteesi, fotosynteesi

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Fotoniikan matkassa 2100-luvulle

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

2. Fotonit, elektronit ja atomit

Fysiikan laboratoriotyöt 2, osa 2 ATOMIN SPEKTRI

Online DGA mittausteknologiat. Vaisala

Tekijä lehtori Zofia Bazia-Hietikko


Limsan sokeripitoisuus

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Funktionaaliset nanopinnoitteet koneenrakennuksessa

Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen

Eksimeerin muodostuminen

Fysikaalisen kemian syventävät työt CCl 4 -molekyylin Ramanspektroskopia

KE1 Ihmisen ja elinympäristön kemia

Radioastronomia harjoitustyö; vedyn 21cm spektriviiva

YMPÄRISTÖTOHTORIKOULU JA VIHREÄ KEMIA

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto

c λ n m hf n m E m = h = E n 1. Teoria 1.1. Atomin energiatilat ja säteily

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

Valo ja muu sähkömagneettinen säteily

Laserin käyttö eläinlääkinnässä

Elintarviketieteiden kandiohjelma

Kohti huippua, tehokkaampaa hallintoa ja tiiviimpää yhteistyötä

Kemian syventävät kurssit

LUKUJÄRJESTYS KEVÄTLUKUKAUDELLE 2009

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

Luku 2: Atomisidokset ja ominaisuudet

LÄÄKETEHTAAN UUMENISSA

Luku 21. Kemiallisten reaktioiden nopeus

ORGAANINEN KEMIA. = kemian osa-alue, joka tutkii hiilen yhdisteitä KPL 1. HIILI JA RAAKAÖLJY

SMG-4300: Yhteenveto ensimmäisestä luennosta

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

MAISTERIVAIHEEN UUDET OPINTOSUUNNAT

PIXE:n hyödyntäminen materiaalitutkimuksessa

DEE Aurinkosähkön perusteet

d) Klooria valmistetaan hapettamalla vetykloridia kaliumpermanganaatilla. (Syntyy Mn 2+ -ioneja)

Alikuoret eli orbitaalit

Linssin kuvausyhtälö (ns. ohuen linssin approksimaatio):

SMG-4450 Aurinkosähkö

pääkiertoakseli #$%%ä 2C 2 C 2!"

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Spektrofotometria ja spektroskopia

Mustan kappaleen säteily

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka. Kari Sormunen Kevät 2014

Poltossa vapautuvien metallien laserdiagnostiikka

ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola

4. ATOMI. Kuva atomista?

Infrapunaspektroskopia

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

Kasvihuoneen kasvutekijät. VALO Tuula Tiirikainen Keuda Mäntsälä Saari

Kemiantekniikan osaston opintojaksot Lukuvuosi

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Metallien sähkökemiallisen jännitesarjan opettaminen draaman avulla yläasteella

Nanoteknologia aurinkokennoissa

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ

Oulun yliopisto tutkii Julkaisutilasto 2009

FRANCKIN JA HERTZIN KOE

Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.

Spektroskooppiset menetelmät kiviaineksen laadun tutkimisessa. Lasse Kangas Aalto-yliopisto Yhdyskunta- ja ympäristötekniikka

FYS-1270 Laaja fysiikka IV: Aineen rakenne

Kemian opiskelun avuksi

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

SciFinder Web Version

Miten kasvit saavat vetensä?

YLEINEN KEMIA. Alkuaineiden esiintyminen maailmassa. Alkuaineet. Alkuaineet koostuvat atomeista. Atomin rakenne. Copyright Isto Jokinen

Transkriptio:

Aikaerotteinen spektroskopia valokemian tutkimuksessa TkT Marja Niemi Tampereen teknillinen yliopisto Kemian ja biotekniikan laitos 23.4.2012 Suomalainen Tiedeakatemia, Nuorten klubi

DI 2002, TTKK Materiaalitekniikan osasto, Kuitumateriaalitekniikan laitos, Prof. Pertti Nousiainen Kylmäplasmateknologian käyttö funktionaalisessa tekstiiliviimeistyksessä TkT 2008, TTY Teknis-luonnontieteellinen tiedekunta, Kemian ja biotekniikan laitos, Prof. Helge Lemmetyinen ja Prof. Nikolai Tkachenko Photoinduced Electron Transfer in Dyads and Triads of Porphyrins, Phthalocyanines and Fullerenes Suomen akatemian Tutkijatohtorin projekti 2010-2012 Valoindusoitu elektroninsiirto luovuttaja-vastaanottajamolekyyleissä

Valokemia ja spektroskopia Kemia Epäorgaaninen kemia Orgaaninen kemia Fysikaalinen kemia Biokemia Analyyttinen kemia Termodynamiikka Sähkökemia Kinetiikka Valokemia Spektroskopia

Valokemia Valokemia tutkii sähkömagneettisen säteilyn aikaansaamia kemiallisia reaktioita muita ilmiöitä hiilidioksidi happi Wikipedia vesi sokeri Vesa Jääskeläinen / Naps http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1988/

Aikaerotteinen spektroskopia Spektri = tietyn suureen voimakkuus aallonpituuden funktiona Spektroskopia = spektrien mittaamista ja analysointia Aikaerotteinen spektroskopia = spektrien mittaamista ja analysointia ajan funktiona atomien värähtely 1 km/s, molekyyleissä sidospituus ~1 ångström (1 Å = 10-10 m) 100 femtosekunnissa (1 fs = 10-15 s), vrt. silmänräpäys ~0,1 s molekyylien sisäisiä reaktioita voidaan tutkia valopulsseilla, joiden kesto on samassa mittakaavassa 1950 mikrosekunti 10-6 flash-fotolyysi 1960 rubiinilaser 1961 nanosekunti 10-9 1966 1970 1980 1990 2000 2010 väriainelaser 1987 sub-femtosekunti <10-15 12 attosekuntia 1974 6 femtosekuntia sub-pikosekunti <10-12 1991 Ti-safiirilaser 4 femtosekuntia 1964 pikosekunti 10-12

Aineen absorptio Absorptio = valokvantin eli fotonin imeytyminen molekyyliin Absorptiospektri = absorption voimakkuus aallonpituuden (eli energian) funktiona Virittyminen = fotonin energian molekyylissä aikaansaama yhden elektronin siirtyminen alemmalta energiatasolta ylemmälle Mitataan näytteen läpi menneen valon voimakkuutta valonlähde b-karoteeni vastaanotin indigo Brode et.al. J. Am. Chem. Soc., 1954, 76 (4), 1034. Zumdahl: Chemical Principles, 6 th edition

Aikaerotteinen absorptiospektroskopia SHG Molekyyli absorboi reaktion edetessä eri tavalla kuin perustilallaan Voidaan tunnistaa reaktion välitiloja ja määrittää niiden elinaikoja eli selvittää, kuinka reaktio etenee 800 nm 100 fs kyvetti H 2 O valkoinen koetinvalo 400 nm viritysvalo näyte CCDkamera liikkuva peili Kemian Nobel 1967: M. Eigen, R. G. W. Norris, G. Porter for their studies of extremely fast chemical reactions, effected by disturbing the equilibrium by means of very short pulses of energy 1999: A. H. Zewail for his studies of the transition states of chemical reactions using femtosecond spectroscopy TTY:n Valokemian ryhmän pump-probe, rakennettu 1997

Elektronin siirto kolmoismolekyylissä 0.20 t = 0 ps: viritysvalo saapuu näytteeseen Ru-kompleksi absorboi fotonin ja virittyy näytteen absorptiossa tapahtuu muutos, koska molekyyli ei ole enää perustilallaan 0.05 0.00 400 500 45 550 aa J. Hankache & O. Wenger, Georg-August-Universität Göttingen llo 6 600 np itu 650 us 700,n m 750 2 1 0 a, ika ps absorptio 0.10 n muutos 0.15

Elektronin siirto kolmoismolekyylissä 0.20 t = 2 ps: Ru-kompleksi virittyneessä tilassa: yksi elektroni on noussut perustilalta korkeammalle energialle virittynyt tila absorboi perustilaa enemmän mitatulla aallonpituusalueella 0.05 0.00 400 500 45 550 aa e- llo 6 600 np itu 650 us 700,n m 750 2 1 0 a, ika ps absorptio 0.10 n muutos 0.15

Elektronin siirto kolmoismolekyylissä 0.20 t = 10 ps: triaryyliamiini on luovuttanut elektronin Ru-kompleksille triaryyliamiinin kationi (positiivisesti varautunut ioni) absorboi voimakkaasti 770 nanometrin valoa Ru-kompleksin anioni (negatiivisesti varautunut ioni) absorboi 650-700 nm alueella 0.05 0.00 400 500 45 550 + e- aa llo 6 600 np itu 650 us 700,n m 750 2 1 0 a, ika ps absorptio 0.10 n muutos 0.15

Elektronin siirto kolmoismolekyylissä 0.20 t = 100 ps: Ru-kompleksin anioni on luovuttanut elektronin antrakinonille triaryyliamiinin kationi absorboi edelleen 770 nanometrin valoa antrakinonin anioni absorboi 550 nm valoa 0.05 0.00 400 500 45 550 + aa llo 6 600 np itu 650 us 700,n m 750 2 1 0 a, ika ps absorptio 0.10 n muutos 0.15

Yhteenveto Valokemia tutkii sähkömagneettisen säteilyn aiheuttamia ilmiöitä fotosynteesi näköaisti aurinkokennot, valokuvaus Aikaerotteisen spektroskopian menetelmillä voidaan selvittää valokemiallisten reaktioiden kulkua reaktiovaiheet välitilat eri siirtymien nopeudet

Kiitos