IRMPD Spektren hydratisierter und stark gebundener Systeme

Molekulare Spektroskopie bietet uns sehr detaillierte Informationen über Eigenschaften der Moleküle an, z.B. über Bindungslänge zwischen Atomen, die Distribution der Elektronen in einem Molekül oder seine Reaktivität. Die experimentell gemessenen Spektren können uns verraten, dass ein Molekül in verschiedenen Strukturen (Isomeren) existiert oder dass es durch etliche Reaktionskanäle dissoziiert. Die erhaltenen Kenntnisse können wir dann dazu nutzen, um verschiedene chemische Prozesse zu modellieren, z.B. in der atmosphärischen Chemie, Reaktivitätsstudien oder Verbrennung. Leider können diese Informationen aus den Spektren nicht immer direkt extrahiert werden, da die Analyse der Spektren sogar bei den kleinsten Molekülen mit ein paar Atomen nicht trivial ist. Im Projekt konzentrieren wir uns auf die Infrared Multiple Photon Dissociation (IRMPD), eine spektroskopische Technik, während der ein Molekül Infrarotphotonen absorbiert, bis es dissoziiert. Anders gesagt geben wir dem Molekül Energie in Form von Strahlung und, wenn diese Energie eine gewisse Grenze erreicht, wird das Molekül zersetzt. Interessanterweise enthalten die IRMPD-Spektren die Information über den Zustand des Moleküls vor der Photonenabsorption und über die elementaren chemischen Schritte während der Photonenabsorption. Die Methode wird in verschiedenen Anwendungen inklusive der Biologie benutzt. Der IRMPD-Prozess ist besonders in zwei Molekülsystemen nicht trivial: 1) In hydratisierten Molekülen und Ionen, aus denen Wassermoleküle über komplizierte Wege wegfliegen. 2) In stark gebundenen Systemen, bei denen viel Energie benötigt wird, bevor sie dissoziieren. In beiden Fällen geht es um Systeme mit vielen Freiheitsgraden und die Analyse der Spektren stellt eine Herausforderung dar. Um die IRMPD-Spektren zu modellieren, werden wir Methoden der theoretischen Chemie verwenden. Wir werden die Prozesse aus der Sicht des Moleküls beschreiben: Wie wahrscheinlich ist es, dass es ein Photon aus einem Laser oder der Sonne absorbiert? In welchem Zustand befindet sich das Molekül zu einem bestimmten Zeitpunkt? Wie wahrscheinlich ist die molekulare Dissoziation, mit welchen Fragmenten? Der statistische Ansatz ermöglicht uns, das Schicksal der Moleküle in jedem Zeitpunkt vorherzusagen, wobei die experimentelle Situation so genau wie möglich nachgebildet wird. Die Zusammenarbeit mit den Experimentatoren stellt einen grundlegenden Aspekt des Projekts dar. Wir werden mit zwei experimentellen Gruppen zusammenarbeiten, der AG Martin K. Beyer in Innsbruck und der AG Dr. Joost M. Bakker in Radboud, Niederlanden. Sie werden uns experimentelle Daten und sofortiges Feedback über die Qualität unseres Modellierungsansatzes liefern. Die Zusammenarbeit ermöglicht uns auch neue Experimente vorzuschlagen und dadurch unser Modell zu verbessern.