Die Photolyse von Molekülen führt in vielen Fällen zu Photoprodukten in angeregten
Quantenzuständen.Die Untersuchung der Eigenschaften der Produkte in diesen Zuständen ist zum einen von anwendungsbezogenem Interesse, so im Bereich der Atmosphärenchemie, als auch von grundlagenbezogenem Interesse.
Von grundlagenbezogener Bedeutung sind unter anderem Fragen nach der Photoionisation elektronisch angeregter Zustände. In früheren Untersuchungen an atomarem Singulett- Sauerstoff (O(1D)) konnte gezeigt werden, dass die Photoionisation und Autoionisation dieser Spezies nicht nach dem gleichen Schema abläuft, wie es von atomarem Sauerstoff im elektronischen Grundzustand bekannt ist Die erfolgreiche Untersuchung der Ionisationsprozesse in elektronisch angeregtem atomarem Sauerstoff legt es nahe, analoge Experimente an weiteren elektronisch angeregten Spezies durchzuführen. Dabei sind insbesondere solche Systeme von Interesse, die mit atomarem Sauerstoff isoelektronisch im Bereich der Valenzschale sind, so dass sich eine vergleichende systematische Studie ergibt.
Hierzu gehört neben den Radikalen CH2 und NH auch der elementhomologe Schwefel, zu dessen Photoionisation in elektronisch angeregten Zuständen bisher nur wenige Informationen vorliegen. Zum einen interessiert die Frage, ob das bei atomarem Singulett-Sauerstoff beobachtete Photoionisationsverbot in das erste ionische Kontinuum (4S) auch vom atomaren Singulett-Schwefel (1D) befolgt wird. Ferner sollen Autoionisationsphänome durch Ankopplung neutraler Singulett-Rydbergzustände an erlaubte und verbotene Ionisationskontinua untersucht werden. Schließlich ist von Belang, in welchem Ausmaß die bei der Ionisation von Singulett-Sauerstoff beobachtete, intensive Coster-Kronig-Resonanz im Anregungsbereich zwischen 20 und 25 Elektronenvolt auch bei Schwefel gefunden wird
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Theoretische Grundlagen
2.1 Quantenmechanische Beschreibung von Zuständen
2.2 Atomare Zustände
2.3 Molekulare Zustände
2.4 Kontinuierliche Zustände
2.5 Photoabsorption
2.5.1 Direkte Photodissoziation
2.5.2 Prädissoziation
2.5.3 Direkte Photoionisation
2.5.4 Autoionisation
2.6 Laser induziertes Plasma
3. Experimentelle Durchführung
3.1 Pump-Probe-Experimente
3.2 Versuchsaufbau
3.3 Photolyse-Lichtquelle
3.4 XUV-Lichtquelle
3.5 Monochromator
3.6 Flugzeit-Massenspektrometer
3.7 Probenadaption
4. Ergebnisse
4.1 Auflösungsvermögen des Monochromators
4.2 Photonenfluss
4.3 Photoionisationsmassenspektrometrie an CS2
4.4 Photolyse von CS2
4.5 Anregungs-Nachweis-Experimente an CS2
4.6 Photoionisation von S(1D)
5.1 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die Photoionisationsprozesse von elektronisch angeregtem atomaren Singulett-Schwefel (S(1D)), der durch die Photolyse von CS2 erzeugt wird, um ein tieferes Verständnis der Ionisationsdynamik und möglicher Autoionisationsphänomene im Vergleich zu isovalenzelektronischem Singulett-Sauerstoff zu gewinnen.
- Untersuchung der Photolyse von CS2 bei 193 nm
- Analyse der Photoionisation angeregter S(1D)-Atome
- Identifikation von Autoionisationsresonanzen
- Vergleich der Ionisationsprozesse mit Singulett-Sauerstoff
- Experimentelle Bestimmung von Ionisationsausbeuten
Auszug aus dem Buch
2.5.4 Autoionisation
Als Autoionisation bezeichnet man einen Prozess, der durch Absorption eines Photons zu einem angeregten Neutral-Zustand oberhalb der tiefsten Ionisationsschwelle führt. Dieser diskrete Zustand, der sowohl Valenz- als auch Rydbergcharakter aufweisen kann, ist in der Lage mit dem ionischen Kontinuum zu koppeln.[22] Es entstehen wie bei der direkten Photoionisation ein Elektron im ungebundenen Zustand und ein Kation: AB + hv -> A* -> A+ + e- (2.58)
Der Prozess wird sowohl bei Atomen als auch bei Molekülen beobachtet. Schematisch ist der Prozess in Abbildung 5 dargestellt: ABBILDUNG 5: [23] Schematische Darstellung der Autoionisation.
Durch die Photoionisationsmassenspektrometrie sind Autoionisations-Übergänge als Resonanzen nachweisbar. Für Moleküle ergeben sich die gleichen Auswahlregeln wie bei der Prädissoziation. Bei Atomen gilt zusätzlich Δ J = 0, Δ S = 0, Δ L = 0 und die Parität muss erhalten bleiben.[24]
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Darstellung der motivation und Zielsetzung der Untersuchung der Photoionisation elektronisch angeregter Zustände von Schwefel im Vergleich zu Singulett-Sauerstoff.
2. Theoretische Grundlagen: Erläuterung der quantenmechanischen Beschreibung atomarer und molekularer Zustände sowie der Prozesse von Photoabsorption, Dissoziation und Ionisation.
3. Experimentelle Durchführung: Beschreibung des Pump-Probe-Experiments, des Versuchsaufbaus, der Lichtquellen sowie der Messtechnik zur Detektion der Fragmente.
4. Ergebnisse: Präsentation und Diskussion der experimentellen Daten, inklusive der Bestimmung des Auflösungsvermögens und der Analyse der Photoionisationsspektren von CS2 und atomarem Schwefel.
5.1 Zusammenfassung: Zusammenfassung der wichtigsten Forschungsergebnisse hinsichtlich der S(1D)-Photoionisation und der beobachteten Autoionisationsresonanzen.
Schlüsselwörter
CS2, Photolyse, Photoionisation, Autoionisation, Schwefel, Singulett-Schwefel, Massenspektrometrie, VUV-Strahlung, Anregungs-Nachweis-Spektroskopie, Rydberg-Zustände, Ionisationsschwelle, Quantenzustände, Coster-Kronig-Resonanz, Fragmentionen, Photoionenausbeute.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Photoionisationsprozesse von atomarem Schwefel im ersten elektronisch angeregten Zustand, S(1D), der durch die UV-Photolyse von Schwefelkohlenstoff (CS2) erzeugt wird.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen sind die Photochemie von CS2, die Physik der Photoionisation und Autoionisation sowie die Anwendung von Flugzeit-Massenspektrometrie und laserinduzierter Plasmarstrahlung im VUV-Bereich.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Ziel ist es, die Ionisationseffizienz und Autoionisationsphänomene von angeregtem Schwefel zu analysieren und diese Ergebnisse systematisch mit früheren Untersuchungen an isovalenzelektronischem Singulett-Sauerstoff zu vergleichen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es wird eine Anregungs-Nachweis-Spektroskopie verwendet, bei der CS2-Moleküle mittels eines Excimer-Lasers (193 nm) dissoziiert und die resultierenden Fragmente durch gepulste VUV-Plasmastrahlung massenspektrometrisch detektiert werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische Einführung in atomare Zustände und Ionisationsprozesse, eine detaillierte Beschreibung des experimentellen Aufbaus sowie eine ausführliche Auswertung der Messergebnisse und Spektren.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Photolyse, Photoionisation, Autoionisation, CS2, Schwefel-Atome, Massenspektrometrie, VUV-Strahlung und Rydberg-Zustände.
Wie unterscheidet sich die Ionisation von S(1D) von der des Grundzustands S(3P)?
Die Arbeit zeigt, dass die Ionisation nicht nach dem gleichen Schema abläuft und spezifischen Auswahlregeln unterliegt, wobei insbesondere das Photoionisationsverbot in bestimmte Kontinua von Interesse ist.
Welche Rolle spielt das laserinduzierte Plasma?
Das laserinduzierte Plasma dient als intensive, durchstimmbare VUV-Lichtquelle, die notwendig ist, um die für die Photoionisation der Schwefel-Fragmente erforderliche Photonenenergie zu erreichen.
- Quote paper
- David Meyer (Author), 2007, Photolyse von CS2 und massenspektrometrischer Nachweis angeregter Schwefelatome mit Hilfe von Laser-Produzierter-Plasma-Strahlung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/93244
