Wybór technik współczesnej spektroskopii molekularnej © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10 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 ► wyznaczanie potencjałów oddziaływania pomiędzy partnerami zderzeń ► pomiary procesów nieelastycznych – transfery energii (reakcje chemiczne) II. Pomiary całkowitych i różniczkowych przekrojów czynnych w zderzeniach atomów i cząsteczek 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 – bremsstrahlung promieniowanie emitowane stycznie do toru ruchu e – © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10 kierunek promieniowania w płaszczyźnie toru ruchu e – kąt pozapłaszczyznowy

Promieniowanie synchrotronowe zasada powstawania, charakterystyki wzrost natężenia promieniowania o 100 magnes odchylający wiggler ondulator © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10

Promieniowanie synchrotronowe charakterystyki energia e – © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10 R = 31 m

Promieniowanie synchrotronowe w Krakowie © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład

Ośrodki promieniowania synchrotronowego Armenia CANDLECANDLE Center for the Advancement of Natural Discoveries using Light Emission, Yerevan Australia ASAS Australian Synchrotron, Melbourne Brazil LNLSLNLS Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, Campinas, Săo Paulo, Canada CLSCLS Canadian Light Source, Saskatoon CISRCISR Canadian Institute for Synchrotron Radiation ASIASI Alberta Synchrotron Institute (Province of Alberta, Canada) CSRFCSRF Canadian Synchrotron Radiation Facility (at the SRC synchrotron in Stoughton, Wisconsin, USA) China BSRFBSRF Beijing Synchrotron Radiation Facility, Beijing NSRLNSRL National Synchrotron Radiation Laboratory, Hefei NSRRCNSRRC National Synchrotron Radiation Research Center, Hsinchu SSRFSSRF Shanghai Synchrotron Radiation Facility, Shanghai Denmark ISAISA Institute for Storage Ring Facilities, Aarhus France ESRFESRF European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble LURELURE Laboratoire pour l'Utilisation du Rayonnement Electromagnétique, Orsay SOLEILSOLEIL Source Optimisée de Lumičre d'Energie Intermédiaire, Saint-Aubin © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10

Germany ANKAANKA Forschungszentrum Karlsruhe BESSYBESSY Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung, Berlin DELTADELTA Zentrum für Synchrotronstrahlung, Dortmund, Dortmund University DESYDESY Deutsches Elektronen-Synchrotron, Hamburg ELBEELBE Elektronen Linearbeschleuniger für Strahlen hoher Brillanz und niedriger Emittanz, Dresden ELSAELSA Elektronen-Stretcher-Anlage, Bonn University HASYLABHASYLAB Hamburger Synchrotronstrahlungslabor, Hamburg Holland FELIXFELIX Free Electron Laser for Infrared Experiments, Nieuwegein India CATCAT Center for Advanced Technology, Indore Italy DAFNE Light LaboratoryDAFNE Light Laboratory Synchrotron Radiation Facility, Frascati ELETTRAELETTRA Sincrotrone Trieste, Trieste Japan AISTAIST Photonics Research Institute, Ibaraki ARCBSARCBS Advanced Research Center for Beam Science, Kyoto FEL-SUTFEL-SUT IR FEL Research Center, Chiba HSRCHSRC Hiroshima Synchrotron Radiation Center, Higashi-Hiroshima KEK High Energy Accelerator Research Organization, Ibaraki KEK LASTILASTI Laboratory of Advanced Science and Technology for Industry, Hyogo NIRSNIRS Medical Synchrotron Radiation Facility, Chiba-shi SPring-8 Japan Synchrotron Radiation Research Institute, Hyogo SPring-8 SuperSORSuperSOR Synchroton Radiation Laboratory, Chiba UVSOR Ultraviolet Synchrotron Orbital Radiation Facility, Okazaki UVSOR Ośrodki promieniowania synchrotronowego © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10

Jordan SESAMESESAME Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East, Allaan Korea Republic PALPAL Pohang Accelerator Laboratory, Pohang Russian Federation DELSYDELSY Dubna Electron Synchrotron, Dubna KSRSKSRS Kurchatov Synchrotron Radiation Source, Moscow SSRCSSRC Siberian Synchrotron Radiation Centre, Novosibirsk TNKTNK F. V. Lukin State Research Institute for Problems in Physics, Moscow Sweden MAX-labMAX-lab National Electron Accelerator Laboratory for Synchrotron Radiation Research, Lund Switzerland SLSSLS Swiss Light Source, Villigen Singapore SSLSSSLS Singapore Synchrotron Light Source Spain ALBAALBA Laboratorio de Luz Sincrotrón, Barcelona Thailand SLRISLRI Synchrotron Light Research Institute, Nakhon Ratchasima Ukraine ISIISI Institute of Metal Physics, Kiev KIPTKIPT Kharkov Institute of Physics and Technology, Kharkov Ośrodki promieniowania synchrotronowego © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10

United Kingdom DIAMONDDIAMOND Diamond Light Source, Oxfordshire SRSSRS Synchrotron Radiation Source, Daresbury United States of America ALSALS Advanced Light Source, Berkeley APSAPS Advanced Photon Source, Argonne CAMDCAMD Center for Advanced Microstructures and Devices, Baton Rouge CHESSCHESS Cornell High Energy Synchrotron Source, Ithaca CTST - UCSBCTST - UCSB Center for Terahertz Science and Technology, Santa Barbara DFELLDFELL Duke Free Electron Laser Laboratory, Durham JLabJLab Jefferson Lab, Newport News NSLSNSLS National Synchrotron Light Source, Upton SLACSLAC Stanford Linear Accelerator Center, Menlo Park Stanford Picosecond FEL Center, StanfordFEL Center SRCSRC Synchrotron Radiation Center, Stoughton, University of Winsconsin - Madison SURFSURF Synchrotron Ultraviolet Radiation Facilty, Gaithersburg SSRLSSRL Stanford, CA Ośrodki promieniowania synchrotronowego © 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

Promieniowanie synchrotronowe w Krakowie projekt (już nie) obecny optyka elektronowa hala boostera © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10

Promieniowanie synchrotronowe w Krakowie projekt (już nie) obecny - beamlines M1: keV : High Energy X-Ray Absorption U1: 4-30 keV : High-Resolution Powder Diffraction Beamline W2: 4-35 keV : Hard X-Ray Microscopy and Micro-Tomography M3: eV : Visible Light and Ultraviolet Spectroscopies U3: eV : Soft X-ray Spectroscopies M4: cm –1 : Infrared beamline U4: 5-22 keV : Protein and Macromolecular Crystallography M5/W5: 6-35 keV :BioMedical Science, Imaging and Therapy Facility M6: 5-16 keV :Microtomography of Construction Materials U6/W6: keV :Applied Spectroscopy Studies W7: 3-60 keV :X-ray diffraction topography and high resolution diffraction of monocrystalline materials © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10 projekt 2009 – ograniczenia: obcięcie zakresu wysokoenergetycznego (hard X soft X)

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 monochromatyzacja wiązki promieniowania kolimacja komórka absorpcyjna analiza fluorescencji (widmo wzbudzenia lub fluorescencji) widmo absorpcyjne © 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 wysokociśnieniowa lampa spektralna wzrost długości absorpcji L ogólnie absorpcja względna: współczynniki absorpcji szerokość linii absorpcyjnej ≈ rozdzielczość mała duża rozdzielczość © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10 współczynniki absorpcji uśredniony po Δω

Spektroskopia laserowa spektroskopia absorpcyjna – modulacja fazy Ω 1 (t) = 2 πf (t) modulacja fazy ►pasma boczne w widmie transmitowanym Ω1Ω1 ωLωL Ω - modulated jedna z linii rotacyjnych H 2 O ωLωL detekcja ►na częstości modulacji (detektor fazoczuły) © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10 L

Techniki podwójnego rezonansu podstawowe schematy – poziom wspólny typ Vtyp 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 Cs 2 v’=50 v’’>130 oddziaływanie: I - S rozszczepienie HFS na cztery składowe © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10 R I-S

Femtochemia technika „spójnej kontroli” (przykład jonizacji Na 2 ) granica jonizacji © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 10