Photoionisation mit Synchrotronstrahlung

Ein Synchrotron ist eine breitbandige Strahlungsquelle, die in vielen physikalischen, biologischen und chemischen Bereichen Anwendung findet. In unserem Arbeitskreis wird der vakuum-ultraviolette (VUV) Bereich dieser Strahlung zur Strukturanalyse, Untersuchung der Reaktionskinetik und der Analyse dissoziativer Photoionisation reaktiver Intermediate in der Gasphase genutzt. Dazu wird die Synchrotronstrahlung durchgestimmt, bis die Ionisierungsenergie des Moleküls erreicht wird. Dabei entstehen ein Photoion und ein sog. Schwellenphotoelektron. Dieses Elektron besitzt zunächst keine kinetische Energie, wird aber durch Ringelektroden zu einem Elektronendetektor hin beschleunigt. Das Kation fliegt in die entgegengesetzte Richtung durch ein Flugzeitspektrometer und wird auf einem Ionendetektor analysiert. Durch weiteres Durchstimmen der Strahlung entstehen zusätzliche Schwellenelektronen, wenn ein resonanter Übergang in einen schwingungsangeregten Zustand des Kations erfolgt. Durch Analyse der Elektronen am Detektor kann ein Schwellenphotoelektronenspektrum (eng. Threshold Photoelectron spectrum, TPES) erzeugt werden. Jedes detektierte Elektron steht dabei in Koinzidenz zu der Masse des jeweiligen Photoions. Dementsprechend kann jedem Signal im Flugzeitspektrometer ein massenselektiertes TPES zugewiesen werden. Quantenchemische Rechnungen liefern die Daten für Simulationen, mit denen die Spektren modelliert werden können. Dies erlaubt es, Isomere der gleichen Masse zu identifizieren.

Derzeit liegt der Schwerpunkt hauptsächlich auf quantenchemischen Berechnungen, da der Synchrotron, der für die VUV-Strahlung genutzt wird (Swiss Light Source in Villigen, Schweiz), erst Ende 2025 wieder in Betrieb genommen wird.