Ágúst kvaran, science institute, university of iceland, dunhaga 3, 107 reykjavík, iceland. laser...
Post on 19-Dec-2015
225 views
TRANSCRIPT
Ágúst Kvaran,
Science Institute, University of Iceland, Dunhaga 3, 107 Reykjavík, Iceland.
LASER greining efna og efnahvarfa*;Hvernig geta lífræn efni myndast í geimnum? /
Hvernig er efnafræði ósoneyðingarinnar?
* Sjá: http://www.hi.is/~agust/
Eðlisfræði í rannsóknum; Eðlisfræði IR, Haust 2010
Alþjóðlegt Samvinnu-verkefni
Bergen
CERN
Braun-schweig
Zurich
H.Í.
Ágúst Kvaran,
Science Institute, University of Iceland, Dunhaga 3, 107 Reykjavík, Iceland.
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
Eðlisfræði í rannsóknum; Eðlisfræði IR, Haust 2009
•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
-1 4
-1 2
-1 0
-8
-6
-4
-2
0
x10
3
3 02 52 01 51 050
Io n m a s s (a m 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
-1 4
-1 2
-1 0
-8
-6
-4
-2
0
x10
3
3 02 52 01 51 050
Io n m a s s (a m 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
O3
O3
Cl
Hvernig er efnafræði ósoneyðingar-innar?
Hvernig myndast ósonlagið og hver eru áhrif þess?
O2 O
O3
20 km
( )
( )
20 km
20 km O3+O-> O2+O2
Hvernig getur ósonlagið eyðst af völdum mengunarefna?
20 km
20 km
O3 + O -> O2+O2
out
Voltagedevider
HV-2Kv
HCl nozzle
TurboPump
TOF
lense
MCP detector
oscilloscope
computer
Excimer Laser
In
út
Dye- Laser
SHG
Time delay200-1200 S
laser control
Pellin Broca prism
SHG control
In
REMPI-TOF
-28.5
-28.0
-27.5
-27.0
-26.5
-26.0
x103
4003002001000
Intensity
Mw1 3512
H+
35Cl+
H35Cl+
H37Cl+
12C+
Two photon resonance excitation=82842.36 cm-1
Mass spectrum RCl = HCl
80
70
60
50
40
30
x10
3
8006004002000
82849.4 cm-1
j´=2
82848.76j´=3
82847.8j´=4
82846.44j´=5
82844.84j´=6
82836.36j´=9
82842.36j´=7
82839.8j´=8
82833.6cm-1
82842.88
Mw / rel.
H+
35Cl+H35Cl+
H37Cl+
80
70
60
50
40
30x1
03
8006004002000
82849.4 cm-1
j´=2
82848.76j´=3
82847.8j´=4
82846.44j´=5
82844.84j´=6
82836.36j´=9
82842.36j´=7
82839.8j´=8
82833.6cm-1
82842.88
Mw / rel.
35Cl+
H35Cl+
H37Cl+
30,0323
32,1132
34,2637
36,484
38,7739
41,1336
43,5629
46,0619
82
83
3,6
82
83
5,6
7
82
83
8,4
24
82
84
0,7
14
29
82
84
2,3
6
82
84
4,1
27
27
82
84
6,2
4
82
84
7,9
92
82
84
9,8
26
67
82
85
1,7
46
67-30000-28500-27000-25500-24000-22500-21000-19500-18000-16500-15000-13500-12000-10500-9000-7500-6000-4500-3000-15000
150030004500600075009000
10500120001350015000
2xhv
Mw
35Cl+
37Cl+H37Cl+H35Cl+
/cm-1
82833,6
82838,768
82842,88
82846,82857
82850,68
0,7
23
62
4
1
1,3
20
98
33
,10
81
34
,84
9
36
,63
45
38
,46
46
40
,33
93
-29967-28540-27113-25686-24259-22832-21405-19978-18551-17124-15697-14270-12843-11416-9989-8562-7135-5708-4281-2854-14270142728544281570871358562998911416128431427015697
2xhv
Mw /amu
35Cl+
37Cl+
H37Cl+
H35Cl+
H+
/cm-1
HCl*
HCl+
H+ + Cl
(i)
(ii)
(1)
(2)
(3)
(4)
number ofphotons:
H* +Cl
H+
H+ Cl*
Cl+
(v) (vi)
(iii) (iv)
H+Cl-
(2)
2h
C+
CH3+
69600cm-1
69936 cm-1
CH3Br2D REMPI
CH2+
CH+
Massi
8000
6000
4000
2000
0
69.7469.7269.7069.6869.6669.64x10
3
1D REMPI for C+
=> Staðfesting á tilvist C frumeinda
CH3Br
CH3Br*
H2+ C + HBr
H2+ C*+ HBr
H2+ C+ +HBr+e-Orka
CCHH
HHHH
BrBr
CX ZY
R
C frumeindir mikilvægar grunneiningar fyrir myndun lífrænna efna:
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
Líkani 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/