Molekulák etológiája ELTE TTK Kémiai Intézet Fizikai Kémiai Tanszék cím Molekulák etológiája avagy molekulaszerkezet és dinamika femtoszekundum időfelbontással.

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
Szén nanocsövek STM leképezésének elméleti vizsgálata
Advertisements

Az optikai sugárzás Fogalom meghatározások
Fémkomplexek lumineszcenciája
5. GÁZLÉZEREK Lézeranyag: kis nyomású (0, Torr) gáz, vagy gázelegy Lézerátmenet: elektronszintek között (UV és látható lézerek) rezgési szintek.
majdnem diffúzió kontrollált
SO 2, NO x felbontási hatásfokának vizsgálata korona kisülésben Horváth Miklós – Kiss Endre.
E képlet akkor ad pontos eredményt, ha az exponenciális tényező kitevőjében álló >>1 feltétel teljesül. Ha a kitevőben a potenciálfal vastagságát nanométerben,
1. Anyagvizsgálat Feladat Tervezés számára információt nyújtani.
A reakciókinetika időbeli felbontásának fejlődése.
1. A KVANTUMMECHANIKA AXIÓMÁI
Hullámterjedési sebesség meghatározása CDP: 420 (24 szeres fedés)
Címlap Keszei Ernő ELTE Fizikai Kémiai Tanszék Femtoszekundum felbontású kémiai kinetikai mérések dekonvolúciója genetikus.
Az elektromágneses spektrum
Femtokémia: címFemtokémia: Fizikai Kémiai Tanszék Reakciókinetikai Laboratórium Keszei Ernő molekuláris történések kémiai reakciók közben
KÉMIAI KÖTÉSEK KÉPZŐDÉSE ÉS FELBOMLÁSA
Dekonvolúciós módszerek femtokémiai alkalmazása
Címlap FEMTOKÉMIA Molekulák dinamikájának kísérleti megfigyelése és szabályozása.
Kísérleti módszerek a reakciókinetikában
REZGŐ TÜKRÖK A KVANTUMVILÁG HATÁRÁN
A kvantummechanika rövid átismétlése
A spektrométerek működése, tulajdonságai Fizikai kémia II. előadás 8. rész dr. Berkesi Ottó.
Agrár-környezetvédelmi Modul Talajvédelem-talajremediáció KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc.
NANOMECHANIKAI RENDSZEREK OTT, AHOVA A KVANTUM-KLASSZIKUS HATÁRT VÁRJUK Egyre könnyebb nanomechanikai oszcillátorok - rajtuk a megfigyelést segítő tükörrel.
Ezt a frekvenciát elektron plazmafrekvenciának nevezzük.
1 A napszélben áramló pozitív töltésű részecskék energia spektruma.
Utazások alagúteffektussal
Folytonos jelek Fourier transzformációja
Diszkrét változójú függvények Fourier sora
Hagyományos reakciókinetikai mérés:
A szingulett gerjesztett állapot dezaktiválódási csatornái E SS1S1 S2S2 T1T1 T2T2 ?
10. LÉZEREK, LÉZERSPEKTROSZKÓPIA
17. RÖNTGENDIFFRAKCIÓ.
5. OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA
15. A RÖNTGENDIFFRAKCIÓ.
3. Ionkristály lézerek A lézerközeg: fémoxid v. fémhalogenid, amelyben a fémionok kis részét másik fémion („szennyező”) helyettesíti Egykristály: kis spektrális.
A moláris kémiai koncentráció
Lézerspektroszkópia Előadók: Kubinyi Miklós Grofcsik András
1 6. A MOLEKULÁK FORGÁSI ÁLLAPOTAI A forgó molekula Schrödinger-egyenlete.
A héliumatom állapotainak levezetése a vektormodell alapján (kiegészítés) 1.
Kómár Péter, Szécsényi István
3. GÁZLÉZEREK Lézeranyag: kis nyomású (0, Torr) gáz, vagy gázelegy
5. GÁZLÉZEREK Lézeranyag: kis nyomású (0, Torr) gáz, vagy gázelegy Lézerátmenet: elektronszintek között (UV és látható lézerek) rezgési szintek.
Kubinyi Miklós ) Lézerspektroszkópia Kubinyi Miklós )
Magyar Tudományos Akadémia Atommagkutató IntézetDebrecen Valósidejű megfigyelések atomi időskálán Tőkési Károly.
ATOMFIZIKAI ALAPOK.
Cím ELTE TTK Kémiai Intézet Fizikai Kémiai Tanszék Keszei Ernő Az időmérés felbontásának tíz milliárdszoros növekedése (mindössze)
Címlap Keszei Ernő ELTE Fizikai Kémiai Tanszék Evolúciós módszerek ultragyors kinetikai eredmények hatékony kiértékelésére.
Lézerek alapfelépítése
„Mintakezelés” a spektroszkópiában
Raman spektroszkópia hn0 hn0 hn0 hn0 hn0 hn0 hnS hnAS
NIR-VIS spektrométerek. NIR-VIS spektrumok „NIR spectra ( cm -1 ) of polymers, monomers, plasticizers, lubricants, antidegradantes (antioxidantes,
STACIONÁRIUS RÉSZECSKETRANSZFER SZIMULÁCIÓJA MONTE CARLO ALAPOKON Kristóf Tamás Pannon Egyetem, Kémia Intézet Fizikai Kémia Intézeti Tanszék „Szabadenergia”
OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA Festékpróbák az anyagtudományban (KM), szept Fluoreszcencia-spektroszkópia (VT), szept Fotodinamikus.
Az anyagszerkezet alapjai
Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében
Schrödinger-macskák Élő és halott szuperpoziciója, összefonódva azzal, hogy egy radioaktív atom már elbomlott (↓), ill. még nem bomlott el (↑) : Hogy lehet.
Az atommag alapvető tulajdonságai
A fény és az anyag kölcsönhatása
Spektroszkópia Analitikai kémiai vizsgálatok célja: a vizsgálati
Nagyfeloldású Mikroszkópia Dr. Szabó István 12. Raman spektroszkópia TÁMOP C-12/1/KONV projekt „Ágazati felkészítés a hazai ELI projekttel.
Enzimkinetika Komplex biolabor
A reakciókinetika időbeli felbontásának fejlődése
Fizikai kémia 2 – Reakciókinetika
Fizikai kémia 2 – Reakciókinetika
Kísérleti módszerek Kísérleti módszerek
Szilárd testek fajhője
Kísérletek „mezoszkópikus” rendszerekkel!
Femtokémia: Fizikai Kémiai Tanszék Reakciókinetikai Laboratórium cím Femtokémia: molekuláris történések közvetlen megfigyelése kémiai reakciók közben.
Rácsrezgések kvantummechanikai leírás
OPTIKAI SPEKTROSZKÓPIA 2004
Előadás másolata:

Molekulák etológiája

ELTE TTK Kémiai Intézet Fizikai Kémiai Tanszék cím Molekulák etológiája avagy molekulaszerkezet és dinamika femtoszekundum időfelbontással Keszei Ernő ELTE TTK Kémiai Intézet Fizikai Kémiai Tanszék http://keszei.chem.elte.hu

etológia = viselkedéstudomány εθος = szokás, viselkedés a fej lehajtásának kezdete a csőr eléri a vizet a csőr kiemelése a vízből a fej felemelésének vége λογος = szó, nyelv, jelentés (tudomány) Néprajz: csoportok, közösségek szokásainak vizsgálata Állattan: állatok viselkedésének vizsgálata egyedül, illetve közösségben Hogyan iszik a tyúk? Csányi Vilmos Etológia c. könyvéből (Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2002)

gyors állatok etológiája ügető ló gyors állatok etológiája „lassított felvétel” idő, ms Eadweard Muybridge, 1878 — a ló indítja a felvételt (Leland Stanford lótenyésztő 25 000 $ fogadása) Fehér pálya, 1/1000 s zársebesség, igen érzékeny film Stanford megnyerte a fogadást

gyors állatok etológiája macska gyors állatok etológiája „lassított felvétel” Etienne-Jules Marey (Collēge de France), 1894 kronofotográfia: forgó szektor a film előtt Harold Edgerton (MIT), 1934 (Gjon Mili, LIFE magazine) stroboszkópia: megvilágítás villogó fénnyel 1960-as évek: TV, videokamera

kémiai történések időskálája Időskála kémiai történések időskálája Elemi reakciók időablaka triplett gerjesztett állapot élettartama szingulett gerjesztett állapot élettartama molekula- forgás molekula- rezgés elektron- és energia- átadás szolvatáció rezgési energia- eloszlás molekula-foton kölcsönhatás nukleonok mozgása atommagban atommag-neutrino kölcsönhatás a Föld kora az ember megjelenése az emberi élet hossza egy nap egy perc 1015 1012 109 10 -15 10 -18 10 -21 10 -24 106 103 10 -6 10 -3 10 -9 10 -12 1 tera- giga- mega- kilo- mikro- milli- nano- pico- femto- atto- zepto- yocto- peta- Számítógépek órajele másodperc

kémiai történések mérési tartománya Időskála2 kémiai történések mérési tartománya 1850 -1900 keverés után stopper 1900 -1949 áramlás távolság beállítása 1949 -1967 villanófény fotolízis optikai úthossz 1967 -1972 lézer- fotolízis oszcilloszkóp 1972 -1985 módus- szinkronizáció késleltetés 1985 - erősített lézerek + impulzus összenyomás késleltetés triplett gerjesztett állapot élettartama szingulett gerjesztett állapot élettartama molekula- forgás molekula- rezgés elektron- és energia- átadás szolvatáció rezgési energia- eloszlás molekula-foton kölcsönhatás nukleonok mozgása atommagban atommag-neutrino kölcsönhatás a Föld kora az ember megjelenése az emberi élet hossza egy nap egy perc 1015 1012 109 10 -15 10 -18 10 -21 10 -24 106 103 10 -6 10 -3 10 -9 10 -12 1 tera- giga- mega- kilo- mikro- milli- nano- pico- femto- atto- zepto- yocto- peta-

időfelbontás növekedése 36 év alatt 1011-szeres növekedés!! erősített lézerek + impulzus összenyomás késleltetés pikoszekundumos lézerek (gyűrűs elrendezés) oszcilloszkóp, késleltetés nanoszekundumos lézerek (módusszinkronizáció) oszcilloszkóp, késleltetés villanófény-fotolízis + relaxáció optikai úthossz, oszcilloszkóp áramlásos módszerek távolság beállítása

Ahmed Zewail, az 1999. évi kémiai Nobel-díjas 1946-ban született Egyiptomban. Tanulmányai: Alexandriai Egyetem (Egyiptom), majd Pennsylvaniai Egyetem (U.S.A.) Ph. D. 1974 1974–76 a University of California Berkely munkatársa, 1976– a California Institute of Technology munkatársa, 1990– professzor, a kémiai-fizikai részleg vezetője. Wolf-díj (1993), Nobel-díj (1999). (Ki Kicsoda, 2000) A Nobel-díjat kémiai reakciók átmeneti állapotainak femtoszekundumos spektroszkópiai vizsgálataiért kapta.

1stEC opening plenary lecture, Monday 9 AM: Ahmed Zewail (Pasadena, U.S.A.): 4D chemistry and biology

Visszatekintés: kémiai reakciók dinamikájáról Történelem Visszatekintés: kémiai reakciók dinamikájáról Pfaundler: ütközési elmélet és a Maxwell-Boltzmann eloszlás alkalmazása reakciók értelmezésére. Reakció csak egy adott küszöbenergiánál nagyobb energiájú molekulákkal történik 1867 Marcelin: a Lagrange-Hamilton mechanikai formalizmus és a Gibbs-féle statisztikus termodinamika alkalmazása N atomos reagáló rendszer 2N dimenziós fázistérben 1914 Eyring és Polányi átmenetiállapot-elmélete (abszolút sebességi elmélet, átmeneti komplex elmélet) N atomos reagáló rendszer útja egy potenciálfelületen az átmeneti állapot élettartama ~10–13 s 1935

Az átmeneti állapot elmélet AB + C [A····B····C]‡ A + BC Potenciális energia Vetület („térkép”): A + BC átmeneti állapot AB + C R BC R BC R AB R AB

Az átmeneti állapot elmélet

Az átmeneti állapot kísérleti kimutatása történelem 2 Az átmeneti állapot kísérleti kimutatása F + Na2 NaF + Na* [F····Na····Na ]‡ 1986 John Polanyi megosztott Nobel-díjat kap érte

Az átmeneti állapot kísérleti kimutatása NaD szárnyak Az átmeneti állapot kísérleti kimutatása F + Na2 NaF + Na* [F····Na····Na ]‡

Az átmeneti állapot kísérleti kimutatása NaD szárnyak 2 Az átmeneti állapot kísérleti kimutatása F + Na2 NaF + Na* [F····Na····Na ]‡ Na-D vonal intenzitása: 1 „szárnyak” intenzitása: 0.000001.....0.000002 (1 cm — 5-10 km) szárnyak D-vonal  Ok: az FNa2‡ átmeneti állapot élettartama kb. 10 – 13 s a detektálás ideje kb. 10 – 7 s, és nem egyszerre keletkeznek az átmeneti állapotú molekulák

Egy kis lézerkémia: lézerfotolízis A– B – C A + BC Potenciális energia magasabb gerjesztett állapot gerjesztett állapot alapállapot A – BC távolság

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés pump-probe Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés referencia CPM lézer erősítő Nd:YAG lézer Ar - ion detektor D2O minta detektor Nd:YAG lézer mérés minta Ar - ion lézer gerjesztés D2O erősítő CPM lézer késleltetés 1 fs = 0,3 m fényút

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés pump-probe 1 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés A kanadai Sherbrooke-i Egyetem 1988-ban létesített femtokémiai laboratóriuma részletek… 1 m lézerekről: http://femto.chem.elte.hu/kinetika/Laser/Laser.htm

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés pump-probe 2 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés prizma kettőstörő szűrő rés Ti-zafír kristály Ar-ion lézer lézerekről: http://femto.chem.elte.hu/kinetika/Laser/Laser.htm

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés pump-probe 3 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés késleltetés Faraday izolátor BBO dikroikus tükör monokromátor minta parabola optikai szál fényszaggató Ti-zafír lézer

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés pump-probe 4 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérleti berendezés 10 cm Az MTA SZFKI 2002-ben létesített femtokémiai laboratóriuma

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: az időbeli késleltetés intenzitás gerjesztés  késleltetés mérés

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: az időbeli késleltetés intenzitás gerjesztés  késleltetés mérés

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: az időbeli késleltetés intenzitás gerjesztés  késleltetés mérés

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: az időbeli késleltetés intenzitás gerjesztés  késleltetés mérés

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérlet elve pump-probe 5 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: a kísérlet elve rövid impulzusok  koherencia és szelektivitás 1 fs = 0.3 m fényút ~ 100 fs

koherencia inkoherens mozgás koherens mozgás

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: kísérleti eredmények pump-probe 6 Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: kísérleti eredmények

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: kísérleti eredmények konvolúció Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: kísérleti eredmények a lézerimpulzus – időben is – spektrálisan is kiszélesedik

lassított felvétel Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: hogyan készül a lassított felvétel? 1 fs = 0.3 m fényút erősítő minta detektor késleltetés gerjesztés mérés referencia Nd:YAG lézer Ar-ion lézer CPM lézer 1. a minta felé indul egy gerjesztő impulzus 2. a gerjesztő impulzust követi adott késleltetéssel egy mérő impulzus 3. a detektor megméri a teljes lézerindukált fluoreszcenciát 4. a következő gerjesztő impulzus csak 0.1-0.001 másodperc után indul

lassított felvétel 2 Analógia: 100 méteres futóverseny videofelvétele hogyan készül a lassított felvétel? 1. a minta felé indul egy gerjesztő impulzus 1. a rajtpisztolyra elindul a futam 2. a gerjesztő impulzust követi adott késleltetéssel egy mérő impulzus 2. a rajtot követően adott helyen álló kamerához ér a mezőny 3. a detektor megméri a teljes lézerindukált fluoreszcenciát 3. a kamera ekkor felvesz egyetlen képkockát 4. a következő gerjesztő impulzus csak 0.1-0.001 másodperc után indul 4. a következő futam csak 30 ezer év múlva indul

Spektroszkópia femtoszekundum időfelbontással: független molekulák viselkedése molekulasugár Ahmed Zewail: Nobel előadás, 1999. december 8. molekulasugár és lézernyaláb keresztezése vákuumban

I ··· CN Reakciótípusok, potenciálfelületek, ultragyors kinetika: az ICN molekula disszociációja ICN I + CN [I····CN ]‡

Potenciálfelületek közvetlen kísérleti meghatározása klasszikus mechanikai leírás Bersohn, R. , Zewail, A. H.: Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 92, 373 (1988) klasszikus potenciál interatomos távolság reakcióidő

Potenciálfelületek közvetlen kísérleti meghatározása kvantummechanikai leírás Williams, S. O. , Imre, D. G.: J. Phys. Chem. 92, 6648 (1988) kvantum idő (fs) 20 hullámfüggvény 40 60 80 100 140 180 gerjesztett állapot potenciálja 4 8 10 C – I atomtávolság

Na ··· I Reakciótípusok, potenciálfelületek, ultragyors kinetika: a NaI molekula disszociációja Na+I – Na + I [Na····I ]‡ „avoided crossing” (degeneráció) szabad Na kovalens ionos

Na ··· I / 2 Reakciótípusok, potenciálfelületek, ultragyors kinetika: a NaI molekula disszociációja

ciklobután Reakciótípusok, potenciálfelületek, ultragyors kinetika: ciklobután bomlása ciklobután  2 etén  a ciklobután és az etén spektrumai között megjelenik egy 700 fs élettartamú köztitermék: a tetrametilén biradikális tapasztalt

IH · CO2 van der Waals komplex repül a molekulasugárban Reakciótípusok, potenciálfelületek, ultragyors kinetika: bimolekulás reakció bimolekulás1 IH · CO2 van der Waals komplex repül a molekulasugárban a gerjesztő impulzus hatására az IH molekula disszociál → a H-atom a CO2 -re lökődik a gerjesztő impulzus elindítja a bimolekulás reakciót

koherens módon lejátszódik a bimolekulás reakció Reakciótípusok, potenciálfelületek, ultragyors kinetika: bimolekulás reakció bimolekulás2 kialakul a H · · · CO2 átmeneti állapot a reakció termékei, az OH gyök és a CO molekula eltávolodnak egymástól koherens módon lejátszódik a bimolekulás reakció

H + OCO  [H···O···C – O ]‡  HO + CO bimolekulás2 Reakciótípusok, potenciálfelületek, ultragyors kinetika: bimolekulás reakció IH · CO2  I + H · CO2 1. lépés: a reakció indítása: H + OCO  [H···O···C – O ]‡  HO + CO 2. lépés: bimolekulás reakció: Eredmény: az OH-gyök lézerindukált fluoreszcenciája kb. 5 ps felfutással alakul ki [H···O···C – O ]‡ Potenciális energia HO + CO H + OCO HOCO völgy reakciókoordináta

Kémiai reakciók kvantumkontrollja: Válaszok / kontroll Kémiai reakciók kvantumkontrollja: az átmeneti állapot hullámfüggvényének alakítása Legtöbb (ipari szempontból érdekes) reakció többféleképpen is lejátszódhat Kvantumkontroll: az átmeneti állapot megfelelő alakításával elérhető, hogy csak a kívánt reakció játszódjon le, azaz csak a kívánt termék keletkezzen Módszer: az alkalmazott impulzusok tulajdonságait megfelelően változtatva (alak, polarizáció, spektrális eloszlás, köztük lévő késleltetés) megváltozik az átmeneti komplex hullámfüggvénye, azaz megváltozik a reakcióút, más és más termékek keletkezhetnek Megfelelő alkalmazásával kiváló lehetőség nyílhat adott tulajdonságú anyagok tiszta, környezetet kímélő, hulladékmentes előállítására, azaz I a zöld kémia jelenleg még előreláthatatlan fejlődésére

Cl2 izotópszétválasztás centrifuga optikai centrifuga Cl2 izotópszétválasztás

magyarul olvasható könyv: magyar könyv magyarul olvasható könyv: elérhető a http://keszei.chem.elte.hu webcímen is

ED, EC, EM További fejlemények Annu. Rev. Phys. Chem. 2006. 57 UED: ultragyors elektrondiffrakció a detektáló lézerimpulzussal megvilágított fotokatód, az innen távozó elektronokkal meghatározható a szerkezet UEC: ultragyors elektronkrisztallográfia mint az UED, de nem molekulasugár, hanem kristály szórja az elektronokat (pl. fázisátmenet) UEM: ultragyors elektronmikroszkópia mint az UED, de nem diffrakció, hanem transzmissziós elektronmikroszkópia UXD: ultragyors röntgendiffrakció mint az UED, de rövid lézerimpulzusokkal előállított röntgenimpulzusokkal határozható meg a szerkezet

szolvatáció éterekben: CTTS Nátridion: reakció szolvatáció éterekben: CTTS E.R. Barthel, I.B. Matini, E, Keszei, B.J. Schwartz, J. Chem. Phys. 118, 5916 (2003) ( · ) + h v CTTS CTTS = Charge Transfer To the Solvent (töltésátadás az oldószernek) („TÁOSZ ”)

a szolvatáció részletei Na- CTTS részletek > 100 ps 5 - 10 ps ablak Az elektronátmenet gyors  a kémiai dinamika csak az oldószermolekulák mozgása a Na–, Na0 és e– spektruma ismert a Na0 spektruma időben változik a (Na0. e–) és az (Na0......e–) spektruma azonos

spektrumok Na–* Na– kizárólag e– kizárólag Na0 főleg Na– e– Na0 100 80 60 20 ezer M –1cm –1 Na–* › 1500 nm : Na– kizárólag e– kb. 1000 nm : kizárólag Na0 kb. 400 nm kb. 1000 nm › 1500 nm kb. 400 nm : főleg Na– e– Na0 500 1000 1500 2000 nm

Energiaszintek Energiaszintek CTTS reakciók energetikája Energiaszintek p jellegű s / d jellegű 255 nm 2 x 310 nm I – / H2O Na – / THF p jellegű 400 nm s jellegű

mérési eredmények és modell-illeszkedés + spektrumanimáció! 500 1000 1500 2000 nm Na0 Na– e– Na–*

molekuláris mozgások nagy energiájú gerjesztés: kis energiájú gerjesztés: (Na0. e–) h v h v rekombináció: kb. 1,5 ps Na–* (Na0......e–) rekombináció: > 100 ps

kvantumdinamikai szimuláció Molekuláris mozgások2 kvantumdinamikai szimuláció a reaktánsokra felírt időfüggő Schrödinger-egyenlet megoldása — stacionárius (időfüggetlen) — időfüggő ennek a megoldása szolgáltatja az időfüggő szerkezetet is

kvantumdinamikai szimuláció Molekuláris mozgások3 kvantumdinamikai szimuláció sárga: Na-atom zöld: elektron

Köszönöm a figyelmet! válaszok1

A kvantumkontroll gyakorlati kivitelezése Válaszok / kontroll 2 A kvantumkontroll gyakorlati kivitelezése Probléma: egy adott reaktánsállapot szelektív gerjesztése esetén a gerjesztési energia gyorsan szétoszlik a molekula többi módusára is (IVR = Internal Vibrational Relaxation; kb. 1 ps) Megoldás: a molekula különböző módusai közötti interferenciákat úgy kell befolyásolni, hogy konstruktív interferencia éppen a kívánatos reakcióutat megnyitó módus hullámfüggvényében lépjen fel Ehhez ismerni kell az impulzus(ok) és a molekula, valamint a molekula különböző módusai közötti csatolásokat Módszer: a molekula megfelelő belső koherenciáját az impulzus képviselte külső tér koherenciájának alakításával érjük el Néhány lehetőség: Frequency Resolved Coherent Control (CC): pl. két különböző frekvenciájú impulzus két disszociatív állapotot gerjeszt. Ekkor az impulzuson belül a két frekvencia relatív amplitúdója és fázisszöge változtatásval kontrollálható a reakció – azaz az impulzus spektrális összetételével és időbeli kiterjedésével Többfotonos CC: pl. két különböző frekvenciájú impulzus két (közel azonos energiájú) állapotot gerjeszt, de különböző számú foton elnyelésével. Ebben az esetben a felharmonikus frekvenciák arányát változtatják fáziseltolással.

Definiáljuk ezek szélességét az alábbiak szerint: Válaszok / Fourier Egy további lehetőség: Spektrálisan kiszélesedett impulzus ciripelésének szabályozása Legyen f (t) és F () egymás Fourier-transzformáltja az idő-, ill. frekvenciatérben: Definiáljuk ezek szélességét az alábbiak szerint: ahol N a négyzetes norma: Ha f differenciálható és , akkor

Válaszok / vibrációs fókusz Egy további lehetőség: Spektrálisan kiszélesedett impulzus ciripelésének szabályozása: a gerjesztett molekula hullámfüggvényének „vibrációs fókuszálása” az anharmonikus potenciálfelületen példa: I2 molekula rezgési hullámfüggvényének szelektív gerjesztése Krause, J. L. et al.: in: Femtosecond Chemistry, szerkesztő: Manz, J., Wöste, L., p. 743-777, VCH, Weinheim (1995) optimális lokalizáció

Egy érdekes alkalmazás: optikai centrifuga Válaszok / centrifuga Egy érdekes alkalmazás: optikai centrifuga Villeneuve, D. M. , et al.: Phys. Rev. Letters 85, 542 (2000) Két, spektrálisan kiszélesedett, cirkulárisan polározott impulzus ciripelésének szabályozása: a fotonokat abszorbeáló molekula az eredő forgó térerősséget látja.

Cl2 izotópszétválasztás Válaszok / centrifuga 2 optikai centrifuga Cl2 izotópszétválasztás

Elektron szolvatációja poláros oldószerekben Válaszok / elektron Elektron szolvatációja poláros oldószerekben vízben metanolban

Válaszok / elektron vízben Elektron szolvatációja vízben E. Keszei, S. Nagy, T. H. Murphrey, P. J. Rossky, J. Chem. Phys. 99, 2004 (1993) diabatikus kvantumdinamikai szimulációk vízben: indirekt szolvatáció direkt szolvatáció E. Keszei, T. H. Murphrey, and P. J. Rossky, J. Phys. Chem., 99, 22 (1995)

Elektron szolvatációja metanolban Válaszok / metanolban Elektron szolvatációja metanolban Keszei et al. JCP 99, 2004 (1993) C. Pépin, T. Goulet, D. Houde, J.- P. Jay-Gerin, JPC 98, 7009 (1994) Keszei et al. JPC 101, 5469 (1997): mindkét mechanizmus egyformán jó

Határozatlansági reláció a határozatlansági reláció hatása Legyen f (t ) és F ( ) egymás Fourier-transzformáltja az idő-, ill. frekvenciatérben: Definiáljuk ezek szélességét az alábbiak szerint: ahol N a négyzetes norma: Ha f differenciálható és , akkor

integrálhatunk –  és +  között jeldetektálás Ie(t) Im( – t’ ) Mért  OD jel: OD( )  Im( – t’ ) Ig(t)  f (t’– t)  dt  dt’ f (t’– t) = [i ci (t’– t) l ] kinetikai válaszfüggvény (csak kis  OD értékek esetén) Legyen f (t’– t)  0, ha t’– t < 0 integrálhatunk –  és +  között OD( ) = [corr (Ig , Im )]  f Ekkor: : konvolúció

Mi a konvolúció ? im ol sm-l dt ' Folytonos függvény konvolúciója : Diszkrét mérési pontok konvolúciója : im ol sm-l

Mi a konvolúció? 2 (konvoluált)

Mi a konvolúció? 3 (“dekonvoluált”) Mi a dekonvolúció? Folytonos függvények konvolúciója : dt ' Diszkrét mérési pontok konvolúciója : im ol sm-l

a konvolúció okozta problémák a reakciókinetikában mérendő görbe mért görbe impulzus ( műszer válaszfüggvénye ) idő amplitúdó (objektum, o) (képfüggvény, i ) , s)

Fourier-transzformáció Folytonos függvény Fourier-transzformációja : Diszkrét Fourier-transzformáció :

inverz szűrés I (w) = S (w) · O (w) I (w) O (w) = S (w) Konvolúció a frekvenciatérben: („szűrés”) I (w) = S (w) · O (w) Dekonvolúció a frekvenciatérben: („inverz szűrés”) O (w) = S (w) I (w) A tárgyfüggvényt inverz Fourier-transzformációval kapjuk:

Zajszűrés a frekvenciatérben 1 O (w) = S (w) I (w) Egyszerű inverz szűrő: nagymértékű zajerősítés zajelnyomás Ô (w) = S (w) I (w) K (ω) Kompozit szűrő: Alkalmazott zajszűrők: Wiener-szűrő Frekvenciafüggetlen regularizáció Frekvenciafüggő regularizáció

a Bayes dekonvolúció eredménye Bayes: 4. lépés a Bayes dekonvolúció eredménye iterációs lépés 4. dekonvoluált konvoluált

a Bayes dekonvolúció eredménye Bayes: 16. lépés a Bayes dekonvolúció eredménye 16. iterációs lépés dekonvoluált konvoluált

a Bayes dekonvolúció eredménye Bayes: 128. lépés a Bayes dekonvolúció eredménye 128. iterációs lépés dekonvoluált konvoluált

a Bayes dekonvolúció eredménye Bayes: 512. lépés a Bayes dekonvolúció eredménye 512. iterációs lépés dekonvoluált konvoluált

a Bayes dekonvolúció eredménye Bayes: 1883. lépés a Bayes dekonvolúció eredménye 1883. iterációs lépés dekonvoluált eredeti (konvoluálatlan) göbre

a modellfüggetlen dekonvolúció tesztelése Szintetikus (szimulált) adatok az τ1 τ2 A B C konszekutív reakció megoldásfüggvényeinek felhasználásával, zaj hozzáadásával Optimális dekonvolúció keresése ― az iterációszám ― a szűrőparaméterek függvényében

Zajszűrés az időtérben Iteratív Bayes dekonvolúció a mért kép (i) dekonvolúciója az s műszer-válszfüggvénnyel az i (t)  s (–t) dekonvolúciója az s (t)  s (–t) műszer-válszfüggvénnyel „reblurring”

kísérleti adatok dekonvolúciója szolvatáció éterekben: CTTS

kísérleti adatok dekonvolúciója szolvatáció éterekben: CTTS

közlemények dekonvolúcióról Bányász, Á.; Keszei, E., Model-free deconvolution of femtosecond kinetic data. J. Phys. Chem. A 2006, 110, (19), 6192-6207. Bányász, Á.; Mátyus, E.; Keszei, E., Deconvolution of ultrafast kinetic data with inverse filtering. Radiat. Phys. Chem. 2005, 72, (2-3), 235-242. Bányász, A.; Dancs, G.; Keszei, E., Optimisation of digital noise filtering in the deconvolution of ultrafast kinetic data. Radiat. Phys. Chem. 2005, 74, (3-4), 139-145.