Physikalische Chemie für Fortgeschrittene - Laser in der Chemie - (SS 2013) PD Dr. Knut Asmis knut.asmis@uni-leipzig.de Literatur: Physikalische Chemie,

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1 Physikalische Chemie für Fortgeschrittene - Laser in der Chemie - (SS 2013) PD Dr. Knut Asmis Literatur: Physikalische Chemie, Atkins, Oxford, 2010 Gerthsen Physik, Vogel, Springer, 1999 Lasers in Chemistry, Ed. Lackner, Wiley-VCH 2008 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
Detektionslimit: Emin ≥ 10-3 a) Lichtquelle: UV/VIS Lampe, Globar (IR) b) Laser (z.B. Farbstofflaser)

5 Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS)
Detektionslimit: Emin ≥ 10-5 J. Hodgkinson, R.P. Tatam, Meas. Sci. Technol (2013).

6 Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS)
typischer TDLAS –Aufbau zur kontaktlosen Verbrennungsdiagnostik (

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)

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12 Cavity Ring-Down Spektroskopie (CRDS)
Neutraldichtefilter (Graufilter) Die Abbildung zeigt einen experimentellen Aufbau zur Implementierung der CRDS, um Konzentrationen von Radikalen (hier: HCO) in Gegenstrom-Diffusionsflammen zu bestimmen.

13 First CRDS absorption experiment
Rotationsaufgelöster spin-verbotener Übergang im molekularen Sauerstoff in Luft! Rev. Sci. Instrum. 59, 2544 (1988)

14 Verhalten elektronisch-angeregter Zustände
radiative und nicht-radiative Prozesse Absorption (Information über S1) Fluoreszenz (Information über S0) rot-verschobene Fluoreszenz aus Atkins

15 Verhalten elektronisch-angeregter Zustände
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: Quenching aus Atkins

16 Frank-Condon Prinzip Edward Condon James Franck 1902-1974
amerikanischer Physiker James Franck deutsch-amerikanischer Physiker Nobelpreis für Physik 1925 (Franck-Hertz Versuch) Quelle:

17 Verbrennungsgdiagnostik I
Photoelektronenvervielfacher CCD Sensor (charge-coupled device) unverbranntes CH4+Luft (schwarz) C. Schulz in Z. Phys. Chem. 219 (2005)

18 Verbrennungsgdiagnostik II

19 LIF-Thermometer (NO) NO (T ~ 300 K) NO (T ~ 2000 K)

20 LIF-Thermometer (Metallatome)

21 LIF-Thermometer (Metallatome)

22 LIF: Molekulare Reaktionsdynamik
LIF einzelner Fluorescein Moleküle in Lösung an einem Gitter gestreute LIF von I2 Dampf

23 LIF: Molekulare Reaktionsdynamik
Ba + HX  BaX + H interne Energieverteilung der Reaktionsprodukte

24 Ende