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/