26.04.2018
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Einzelschuss Röntgenabsorptionsspektroskopie an organischen Molekülen

Witte, Katharina - Technische Universität Berlin (2017)


In der vorliegenden Arbeit wird die Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) an leichten Elementen mit einer optimierten laser-basierten Plasmaquelle (LPQ) im weichen Röntgenbereich hinsichtlich ultrakurzer Belichtungszeiten im ns-Bereich gezeigt. Im Fokus der Untersuchungen stehen dabei organische Moleküle aus den Gruppen der Polymere und der Metalloporphyrine.

Die XAS ist eine elementspezifische Messmethode, deren Nahkantenabsorptionsfeinstruktur (NEXAFS) Aussagen über die elektronische Struktur des jeweiligen Moleküls zulässt. NEXAFS-Untersuchungen ermöglichen die Analyse von Molekülen in Lösung, was für Untersuchung von dynamischen Prozessen von großem Interesse ist. Bei Metalloporphyrinen kann dies beispielsweise Aufschluss über die Wechselwirkung zwischen dem kohlenstoffbasierten Porphyrinring und dem zentralen Metallatom geben, welche maßgebliche für ihre jeweilige Funktionsweise verantwortlich ist. Die an Synchrotronstrahlungsquellen etablierte NEXAFS-Spektroskopie im weichen Röntgenbereich erlaubt aufgrund steigender Nachfrage nach Messzeiten nur einen begrenzten Zugang zu dieser Analysemethode. Daher wird eine Optimierung der LPQ des Berlin Laboratory for innovative X-ray Technologies (BLiX) für die NEXAFSSpektroskopie leichter Elemente durchgeführt. Ein an die Quellen- und Laborbedingungen angepasstes Reflexionszonenplatten-Spektrometer ermöglicht hochauflösende NEXAFS-Untersuchungen im sogenannten Einzelschuss-Modus, bei dem eine minimale Strahlenbelastung der Probe vorliegt und eine Überwachung der Probendegradation möglich ist.

Die Ergebnisse stellen die Vorstufe zu "pump-probe"-Konzepten im Labor zur Analyse von dynamischen Prozessen dar. Als Hauptkomponente organischer Moleküle steht die Untersuchung der K-Kante von Kohlenstoff (C) im Vordergrund. Einzelschuss NEXAFS-Messung von Polymeren zeigen die Machbarkeit der Methode und ermöglichen die Einordnung zu bereits veröffentlichten Arbeiten. Das unter anderem in den Lebenswissenschaften Einsatz findende Chlorophyllin-Natrium-Kupfer-Salz (Cu-Chl) kann als Modellsystem der Metalloporphyrine angesehen werden. Mit auf Dichtefunktionaltheorie basierenden Berechnungen können die NEXAFS-Spektren hinsichtlich elektronischer Übergänge und der Molekülorbitalverteilung der Cu-Chl Moleküle interpretiert werden. Analog wurden die mit Synchrotronstrahlung durchgeführten Magnesium NEXAFS Untersuchungen des photosynthetischen Moleküls Chlorophyll (Chl) a interpretiert, bei denen es erstmalig gelungen ist, intakte Chl a Moleküle in Lösung mit einer röntgenspektroskopischen Methode zu detektieren.


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