Methoden und Ausrüstung der Arbeitsgruppe Backus

Schwingungsspektroskopie

Die Schwingungsspektroskopie verwendet Infrarotlicht um die molekularen Schwingungen zu messen. Die Schwingungsfrequenz zeigt nicht nur Informationen welche molekulare Gruppe vorhanden ist, sondern auch die Umgebung und die Anordnung der Moleküle.

Zeitaufgelöste Schwingungsspektroskopie

In der zeitaufgelösten Spektroskopie wird das beobachtete System mittels Anregungspuls aus dem Gleichgewicht gebracht. Anschließend wird die Dynamik des Systems auf einer Pikosekunden-Zeitskala studiert. So können durch Licht initiierte Reaktionen auf der Echtzeitskala studiert werden. Durch Anregung mit Infrarotlicht können Energierelaxationszeiten gemessen werden.

Sum-Frequency Generation (SFG) Spektroskopie

Wenn man die chemischen Eigenschaften an Grenzflächen erforscht, braucht man eine Methode, die grenzflächenspezifisch ist. Auf der Grenzfläche sind gerade eine Handvoll an Molekülen vorhanden. Man muss die Signale, die nicht von den Grenzflächenmolekülen kommen herausfiltern oder unterdrücken und gleichzeitig die Signale der vorhandenen Moleküle an der Grenzfläche verstärken. Dies kann mit der laserbasierten Technik der Summenfrequenzspektroskopie (SFG) erreicht werden. Es ist eine weiterentwickelte Form der IR-Spektroskopie bei der die Probe mit einer Raum und Zeit überlappenden IR und 800 nm Strahl bestrahlt wird. Der IR Strahl ist in Resonanz mit der Molekularschwingung der untersuchten Probe. In der Folge wird Licht der Summenfrequenz des Infrarotlichtes und des sichtbaren Lichtes ausgestrahlt und detektiert. Informationen über die Schwingungsdynamik der Moleküle an den Grenzflächen können erhalten werden, indem man die Methode leicht abwandelt in eine zeitaufgelöste Version. Die Oszillatoren werden zuerst angeregt mit einem IR Puls, der auch in Resonanz mit den Oszillatoren steht. Dies bewirkt, dass ein „Loch“ in die Grundzustand gebrannt wird. Danach werden die Oszillatoren mit dem Probenpaar, bestehend aus IR und 800 nm Licht, bestrahlt um die „Tiefe des Loches“ der Grundzustand zu ermitteln. Durch das Ändern der Zeit zwischen dem Anregungspuls und dem Probenpaar kann die Regeneration dieses „Loches“ als eine Funktion der Zeit bestimmt werden. Diese Zeitskala gibt Auskunft über die Lebensdauer der angeregten Schwingung. Ein 2D-SFG Spektrum erhält man, wenn man die Pumpfrequenz variiert. Auf diese Weise erzielt man eine zweidimensionale Karte von „Löchern“ in unterschiedlichen „Proben“ Frequenzen als Funktion der „Pump“ Frequenzen. Wenn Gruppen von Molekülen Untergruppen von Molekülen bilden, welche sich in ihrer physikalisch-chemischen Natur unterscheiden, können in einem 2D-SFG Spektrum Signale außerhalb der Diagonale beobachtet werden. Die Zeitskala worauf diese Signale sichtbar werden, gibt Informationen über die Verknüpfung der Untergruppe preis.