Investigation of photodissociation dynamics implementing the velocity map imaging technique
| Název práce v češtině: | Studium dynamiky disociace molekul pomocí metody zobrazovaní rychlostních map fragmentů |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Investigation of photodissociation dynamics implementing the velocity map imaging technique |
| Klíčová slova: | molekulové paprsky; fotodisociace; zobrazování rychlostních map; dynamika elementárních procesů v molekulách; atmosférická chemie |
| Klíčová slova anglicky: | molecular beams; photodissociation; velocity map imaging; dynamics of elementary molecular processes; atmospheric chemistry |
| Akademický rok vypsání: | 2020/2021 |
| Typ práce: | diplomová práce |
| Jazyk práce: | angličtina |
| Ústav: | Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO) |
| Vedoucí / školitel: | doc. Mgr. Michal Fárník, Ph.D., DSc. |
| Řešitel: | skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 27.05.2020 |
| Datum zadání: | 27.05.2020 |
| Datum potvrzení stud. oddělením: | 17.06.2020 |
| Datum a čas obhajoby: | 10.09.2021 09:00 |
| Datum odevzdání elektronické podoby: | 22.07.2021 |
| Datum odevzdání tištěné podoby: | 22.07.2021 |
| Datum proběhlé obhajoby: | 10.09.2021 |
| Oponenti: | RNDr. Václav Profant, Ph.D. |
| Konzultanti: | RNDr. Ivo Vinklárek, Ph.D. |
| Zásady pro vypracování |
| 1) Studium literatury, seznámení s teorií VMI experimentu a s problematikou atmosférické chemie
2) Seznámení s experimentem AIM a příslušnými lasery 3) Měření testovacího systému HBr a seznámení s programy pro zpracování obrazů 4) Měření VMI experimentu s kyslíkem 5) Měření kyslíkových klastrů 6) Měření různých molekul s chlorem a detekce Cl fragmentu 7) Měření klastrů výše uvedených molekul 8) Vyhodnocování a analýza experimentu 9) Vyvození závěrů a sepsání práce |
| Seznam odborné literatury |
| 1) H. Pauly: Atom, Molecule, and Cluster Beams I and II, Springer, 2001
2) B. J. Finlayson-Pitts, J. N. Pitts, Chemistry of the upper and lower atmosphere, Academic Press 2000, vybrané kapitoly 3) B. Whitaker: Ion Imaging, Oxford Press, 2003 4) M. Fárník: Molecular Dynamics in Free Clusters and Nanoparticles Studied in Molecular Beams, ICT Prague Press 2011 5) A. T. J. B. Eppink, D. Parker: Velocity map imaging…, Rev. Sci. Instrum. 68 (1997) 3477 6) V. Papadakis, T. N. Kitsopoulos: Slice imaging…, Rev. Sci. Instrum. 77 (2006) 083101 7) G. Ritchie, Atmospheric Chemistry, World Scientific 2017, Oxford 8) C. Vallance, Astrochemistry, World Scientific 2017, Oxford 9) Další speciální časopisecká literatura po dohodě s vedoucím práce |
| Předběžná náplň práce |
| Experiment s molekulovými paprsky umožňuje detailní studium dynamiky elementárních procesů, ke kterým dochází při interakci molekul s fotony, např. fotodisociace molekul. Zobrazování rychlostních map VMI (Velocity Map Imaging) fragmentů po fotodisociaci představuje moderní experimentální metodu, kterou výše zmíněné procesy studujeme na zařízení AIM (Apparatus for IMaging) postaveném v ÚFCH JH. Student(ka) se v rámci své diplomové práce seznámí s metodou VMI obecně i s její konkrétní aplikací na aparatuře AIM. Při své práci se naučí základy vakuové techniky, molekulových paprsků, laserů a optiky (pulzní Nd:YAG lasery, barvivové lasery, IR a UV OPO-OPA systémy atd.) a hmotnostní spektrometrie.
Nejprve se seznámí s metodou VMI a aparaturou AIM pomocí studia testovacího systému: fotodisociace molekul HBr. Po úspěšném zvládnutí aparatury se bude zabývat fotodisociací molekuly kyslíku O2. Tento systém je dobře znám z literatury a díky velkému množství disociativních stavů představuje ideální systém pro energetickou kalibraci aparatury a na aparatuře AIM dosud nebyl studován. Po úspěšné implementaci REMPI detekce O fragmentů se pokusíme o studium fotodisociace kyslíku v klastrech. Toto téma je důležité z hlediska atmosférické chemie. Na atmosféricky relevantní témata dále navážeme studiem disociace halogenovaných uhlovodíků o různé délce a struktuře pomocí REMPI detekce atomů chloru. Završením projektu bude studium těchto molekul v klastrech a na nanočásticích ledu v molekulových paprscích. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| Molecular beam experiments allow detailed investigations of the dynamics of elementary processes in molecules triggered by photons, e.g., photodissociation. Velocity map imaging (VMI) of phtofragments is an up-to-date method to study photodissociation at the Apparatus for IMaging (AIM) built at J. Heyrovský Institute. The student will be acquainted with the VMI method in general, and learn its implementation on AIM. She/he will learn basis of vacuum techniques, molecular beams, lasers (pulsed Nd:YAG, dye lasers, IR and UV OPO/OPAs etc.) and mass spectrometry.
First, the student will measure a test system – photodissociation of HBr molecule – to flearn the apparatus and methods. Then, the photodissociation of O2 molecule will be attempted. It has been studied previously, however, not in our laboratory. Due to a relatively large number of the excited states of oxygen, O2 represents an ideal system for the energy axis calibration in VMI experiments. Besides – once an optimal REMPI detection scheme for O fragments is implemented on AIM – we will attempt to investigate the O2 photodissociation in clusters which is relevant to atmospheric chemistry. The general topic of atmospheric photochemistry will be further followed by investigating the photodissociation of chlorinated hydrocarbon molecules of different chain lengths and structures implementing REMPI detection of Cl fragments. Finally, these molecules will be studied in clusters and on ice nanoparticles. |