LASER greining efna og efnahvarfa*Ágúst Kvaran; eðlisefnafræði, H.Í.

1. Inngangur: Um ljós- og LASER greiningu efna

2. Sameindir “skoðaðar” með yfirmagni af ljósi:Rannsóknir á Íslandi

3. Árekstrar sameinda í efnahvörfum “skoðaðir”;Nóbelsverðlaun 1999

titilsíða

* Sjá: http://www.hi.is/~agust/

•Eiginleikar efna ráðast af innri gerð efnisins, sameindunum.•Grunnrannssóknir í efnafræði beinast að eiginleikum sameinda

Sameindir of smáar til að vera sýnilegar í bestu smásjám;Sbr. Súrefnissameindin:

0,0000002 mm

Nota aðrar / óbeinar aðferðir til að “skoða” sameindir, sbr:

Mismunandi litir Mismunandi sameindir

2, litir

Ljós ?

Hvíttljós

GulurRauður

GrænnBlár

Gler-strendingur

Bylgju-lengd

Litur efnis felur í sér upplýsingar um sameindirnar m.t.t.:-Atómsamsetningar-Lögunar-Stærðar

:

3, gleypni

Ljós fellur á hlutGult,rautt,grænt,blátt

Ljós endurkastastFrá hlut; rautt

Sameindir gleypaHluta ljóssins:Gult, grænt, blátt

Nota gleypnieiginleika sameinda:

Sýni/sameindir

Mæli minnkun í ljósmagni

4

ljóseindum fækkarSameind gleypir orku einnar bylgju/ljóseindar:

Nánar:

ljósorka

Ljósbylgja/ljóseind

Nánar:

ljósorka

Ljósbylgja/ljóseind

Sameind verður orkurík, t.d.:-aukin hreyfiorka-rafeindir ( ) flytjast fjær atómkjörnum-

-

LASER geisli:

Sýni/sameindir

6

LASER LASER-geisli

•Einlitt ljós (ein bylgjulengd)•Mikið magn jafnorkuríkra ljóseinda•Oft á formi örstuttra blossa

-

Ein sameind getur gleypt fleiri en eina ljóseind samtímis:

Dæmi:

7;1 vs 3 hv

-

Vaxandi Orka:

Gleypni einnarljóseindar:

Gleypni þriggjaljóseinda:

Orka hverrar ljóseindar minnkar með fjölda gleyptraljóseinda fyrir sömu heildarorku

-

T.d.:

Orkuríkrarútfjólublárargeislunar þörf

8

Orka

Sýnilegt ljós nægir:

Auðveldara, tæknilega

9,orkuform

Einnig: Mögulegum orkuformum sameinda og atóma fjölgar með fjölda gleyptra ljóseinda, Dæmi: Mismunandi brautir rafeinda umhverfis atómkjarna:

1x 3x

Mikilvægt í“ljósefnafræði”

Rannsóknir á Íslandi:

Mælingar á tveggja og þriggja ljóseinda gleypni sameinda:

10,mælingar

Tækjauppsetning

PellinBrocaprisma

Gas-LASER

Lit-LASER

I. Mælingar:a) “Einföld aðferð” / gassýni:

+

-

LASER beam

9

LASER beamLASER beamLASER beamLASER beam

Gas-blöndun

spýttari Jónþrýstir Raflinsur

Pumpa

linsa

LASER-geisli

Pumpa

TOF-Rör

jónir

b) Jónun og massagreiningar:

tölva

út

Spennu-deilir

HV-2Kv

HX spýttari

TurboPumpa

TOF rör

safnlinsa

MCP skynjari

sveiflusjá

tölva

Gas Laser

Inn

út

Lit- LaserSHG

Tíma-seinkun200-1200 S

Lit-laser stjórntæki

Pellin Broca prisma

SHG stjórnbox

Inn

LASER-tæki

jónunarklefar

TOFrör

C2H2

Stórar Lífrænar sameindir : Líf(?)

Himin-geimurinn

???

út

Spennu-deilir

HV-2Kv

C2H2spýttari

TurboPumpa

TOF rör

safnlinsa

MCP skynjari

sveiflusjá

tölva

Gas Laser

Inn

út

Lit- LaserSHG

Tíma-seinkun200-1200 S

Lit-laser stjórntæki

Pellin Broca prisma

SHG stjórnbox

Inn

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

x10

3

302520151050

Ion mass (am u)

H+

CH+

CH2+

C+ C2+

C2H+

C2H2+

Mag

n jó

na

Jón-styrkur

LASER geislun C2H2

Massi jóna Flugtími jóna

Orka

HCCH:

HCCH*:

Orka

C2 H2

HCCH*:

C2

+

+

Orka

HCCH*:

Orka

HCCH*:

CH2C

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

x10

3

302520151050

Ion mass (am u)

H+

CH+

CH2+

C+C2

+

C2H+

C2H2+

Mag

n jó

na

Jón-styrkur

LASER geislun C2H2

Flugtími jónaMassi jóna

C2H2

Stórar Lífrænar sameindir : Líf(?)

Himin-geimurinn

???

C2H2

Stórar Lífrænar sameindir : Líf(?)

Himin-geimurinn

???C2

CCH2

Gasþensla

Kæling

Spennu-deilir

HV-2Kv

HF spýttari

TurboPumpa

TOF rör

safnlinsa

MCP skynjari

sveiflusjá

tölva

Gas Laser

Inn

út

Lit- LaserSHG

Tíma-seinkun200-1200 S

Lit-laser stjórntæki

Pellin Broca prisma

SHG stjórnbox

Inn

...HF

HF

HF

HFHFSamloðunSameinda vegnakulda

(HF)n sameindaþyrpingar:

(HF)2 (HF)3 (HF)4

11,2-3-hv gl.

Tveggja og þriggja ljóseinda gleypni sameindarinnar HBr:

Gleypni sem fall af lit ljóss / orku ljóseinda:

12,róftúlkun

Breytingar í orkuformum samfara þriggja ljóseinda gleypni(J):

J

(J:Q)J-1;P J+1;RJ-3;N (J-2;O) (J+2;S) J+3;T

Fjögur ólík orkuástönd (N,P,R,T) getamyndast per eitt upphafsástand

Þyrpingar af toppum svara til ákveðinna ástanda: N,O,P,....

13,merking rófa

Úrvinnsla mæligagna skv. Líkanreikningum:

•Skv. líkani fyrir áhrif ljóseinda á orku sameinda (skammtafræði)•Áætla hvaða ljósorka gleypist•Áætla magn gleypingar

Líkt eftir mældu litrófi, sbr.:

14,hermun

Líkaninu er breytt uns samsvörun fæst milli útreiknaðs og mælds litrófs

Þá er unnt að ráða í eiginleika sameindanna og orku þeirra út frá forsendum líkansins

Upplýsingar fást um sameindirnar og orkueiginleika þeirra:

15,lokagl.

-

* Sjá: http://www.hi.is/~agust/