Studium nestabilních částic a prekurzorů biomolekul pomocí spektroskopických technik

• Název práce v češtině: Studium nestabilních částic a prekurzorů biomolekul pomocí spektroskopických technik
• Název v anglickém jazyce: The Study of Transient Species and Precursors of Biomolecules using Spectroscopic Techniques
• Klíčová slova: Spektrometrie s Fourierovou transformací (FTS), emisní spektrometrie, LIDB, doutnavý výboj, časově rozlišená spektrometrie, radikály, ionty, biomolekuly
• Klíčová slova anglicky: Fourier transform spectrometry (FTS), emission spectrometry, LIDB, glow discharge, time resolved spectrometry, radicals, ions, biomolecules
• Akademický rok vypsání: 2008/2009
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Svatopluk Civiš, CSc., DSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem
• Datum přihlášení: 09.03.2010
• Datum zadání: 09.03.2010
• Datum odevzdání elektronické podoby: 25.05.2012
• Datum proběhlé obhajoby: 09.07.2012
• Oponenti: Judit E. Šponerová, Ph.D. et Ph.D.

Předběžná náplň práce

Předložená dizertační práce je složena ze studií zaměřených na spektroskopický popis, kinetiku a dynamiku molekul, radikálů a iontů v plazmě výboje a laserové jiskry. Výzkum těchto fragmentů je rozšířen o vznik biomolekul z těchto jednoduchých specií včetně vlivu látek s katalytickým účinkem.
Dynamika radikálů, iontů a nestabilních molekul byla studována pomocí časově rozlišené spektrometrie s Fourierovou transformací. Byla měřena časově rozlišená emisní spektra výbojů v CH₄, HCONH₂, BrCN, CH₃CN, CF₃Br, (CF₃)₂CHBr a dalších plynech. Následně byl výboj simulován pomocí modelu zahrnujícího molekulární dynamiku, kolizní, chemické a radiační procesy. Modely byly porovnány s experimentálními výsledky a byla vysvětlena získaná emisní časově rozlišená spektra. Fitem na komplexní mechanismus byla experimentálně zjištěna hodnota rychlostní konstanty konverze HCN na HNC kolizí s excitovaným atomem vodíku.
V rámci studia prekurzorů biomolekul bylo pomocí vysoce rozlišené infračervené absorpční spektrometrie s Fourierovou transformací analyzováno složení plynných látek vznikajících po expozici par formamidu a plynné směsi oxidu uhelnatého s dusíkem a izotopově značenou vodou laserové jiskře generované vysoce výkonným pražským laserovým systémem Asterix (PALS). Pomocí chemického modelu byla studována dynamika rozkladu těchto látek. Dosud nepublikované výsledky naznačují, že v laserové jiskře ve formamidu vznikají nukleové báze a aminokyseliny. Vzhledem k použití vody značené kyslíkem ¹⁸O a katalyticky působícího Ti¹⁶O₂ a Ti¹⁸O₂ byla následně pomocí infračervené absorpční spektrometrie s Fourierovou transformací studována izotopová výměna mezi pevným vzorkem Ti¹⁸O₂ a oxidem uhličitým, kyselinou mravenčí a katalytické působení tohoto materiálu. Izotopová výměna mezi C¹⁶O₂ a Ti¹⁸O₂ je spontánním procesem, avšak aktivní místa na povrchu Ti¹⁸O₂ mohou být blokována vodou či HCOOH. Bylo zjištěno, že při ozařování vzorků dochází k fotochemickému vzniku methanu a acetylenu, rozkladu kyseliny mravenčí a opětovné výměně kyslíkových atomů mezi pevnou fází a oxidem uhličitým.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The presented thesis is focused on a spectroscopic study of unstable radicals, ions and molecules in a positive column glow discharge and laser plasma. The research of these fragments is supplemented by a study of biomolecules formation from these species and influence of catalysts.
Molecular dynamics of radicals, ions and unstable molecules has been studied using a time resolved Fourier transform infrared spectroscopy. Time resolved spectra of CH₄, HCONH₂, BrCN, CH₃CN, CF₃Br, (CF3)₂CHBr positive column glow discharges have been measured and simulated using a kinetic model including molecular dynamics, collisions and chemical and radiation transfer processes. The model has been compared with our experimental results and time resolved spectra were described in details. Fit to a complex reaction mechanism has been used to estimate a rate constant of a HCN conversion to HNC by a collision with H radical.
The study of precursors of biomolecules was focused on chemical consequences of a laser induced dielectric breakdown in formamide vapor and gaseous carbon monooxide with ¹⁸O labeled water. Dissociation products have been detected using the Fourier transform absorption spectroscopy. The experimental results have been explained by a help of a chemical laser spark dynamics model. Additionally, our the most recent unpublished results suggest formation of nucleic bases in samples of high power laser irradiated formamide ices. Since the isotopic labeled water and catalytic Ti¹⁶O₂ and Ti¹⁸O₂ were used, an isotopic exchange between CO₂ and Ti¹⁸O₂ has been studied using the high resolution Fourier transform spectrometry. This metal oxide is an important catalyst and the isotopic exchange effect suggests that oxygen can be released from the crystal surface, however, these active centers can be blocked by water or HCOOH. Additionally, after an irradiation, formation of methane and acetylene from carbon monoxide and decomposition of HCOOH photocatalyzed by TiO₂ has been observed.