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Sonden für die Triplett-Solvatationsdynamik

Weigl, Peter (2021):
Sonden für die Triplett-Solvatationsdynamik. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität Darmstadt,
DOI: 10.26083/tuprints-00018610,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Sonden für die Triplett-Solvatationsdynamik
Language: German
Abstract:

Die Triplett-Solvatationsdynamik (TSD) ist eine Messmethode, mit der man die lokale Reorientierungsdynamik von Lösungsmittelmolekülen messen kann. Dazu werden Farbstoffmoleküle in niedriger Konzentration als TSD-Sonden in der zu untersuchenden Flüssigkeit gelöst. Durch die optische Anregung dieser TSD-Sonden wird dabei eine lokale Störung des Gleichgewichtszustands im Lösungsmittel induziert. In Folge dieser lokalen Störung beginnen die Lösungsmittelmoleküle in nächster Nähe zur TSD-Sonde zu reorientieren, was zu einer spektralen Verschiebung des Phosphoreszenzspektrums der TSD-Sonde führt. In einem TSD-Experiment kann diese spektrale Verschiebung, die die Information über die lokale Reorientierungsdynamik der Lösungsmittelmoleküle enthält, aus der zeitaufgelösten Messung der Phosphoreszenzspektren extrahiert werden. Abhängig vom verwendeten Farbstoffmolekül können auf diese Weise lokale mechanische oder dielektrische Solvatationsexperimente durchgeführt werden. Dies wurde bisher vor allem bei der Untersuchung grundsätzlicher Fragestellungen der Glasdynamik, sowie bei Confinement-Effekten genutzt.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Messmethode in mehrerlei Hinsicht erweitert. Zum einen wurde durch einen optimierten Messaufbau das zugängliche dynamische Zeitfenster vergrößert. Weiterhin wurde das Verständnis der bislang verwendeten TSD-Sonden vertieft. Dabei konnte gezeigt werden, dass mit dem polaren Farbstoff Quinoxalin lokale dielektrische Experimente durchgeführt werden können und mit dem unpolaren Farbstoff Naphthalin lokale Schermodulmessungen. Darüber hinaus wurde bei Messungen verschiedener Lösungsmittel und den folgenden Analysen erstmals auch ein Debye-artiger Prozess in der TSD detektiert. Zusätzlich konnten weitere Farbstoffe hinsichtlich ihrer Eignung als TSD-Sonde charakterisiert und aufbauend darauf TSD-Sonden so modifiziert werden, dass man sie kovalent an Oberflächen oder Makromoleküle anbringen kann. Schlussendlich wurde dies genutzt, um ein biochemisch relevantes Messsystem zu untersuchen, wodurch der TSD-Methode ein völlig neues Anwendungsgebiet eröffnet werden konnte.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Triplet State Solvation Dynamics (TSD) is a measurement method that can be used to measure the local reorientation dynamics of solvent molecules. For this purpose, dye molecules are dissolved in low concentrations as TSD probes in the liquid under investigation. Optical excitation of these TSD probes induces a local perturbation of the equilibrium state in the solvent. As a result of this local perturbation, the solvent molecules in close proximity to the TSD probe begin to reorient, leading to a spectral shift in the phosphorescence spectrum of the TSD probe. In a TSD experiment, this spectral shift, which contains the information about the local reorientation dynamics of the solvent molecules, can be extracted from the time-resolved measurement of the phosphorescence spectra. Depending on the dye molecule used, local mechanical or dielectric solvation experiments can be performed in this way. So far, this has been used mainly to investigate fundamental issues of glass dynamics as well as confinement effects.

In the context of this work, the measurement method was extended in several respects. On the one hand, the accessible dynamic time window was enlarged by an optimized measurement setup. On the other hand, the understanding of the previously used TSD probes was deepened. It was shown that local dielectric experiments can be performed with the polar dye quinoxaline and local shear modulus measurements with the nonpolar dye naphthalene. Furthermore, a Debye-like contribution was also detected in the TSD for the first time during measurements of different solvents and the subsequent analyses. In addition, further dyes were characterized for their suitability as TSD probes and, based on this, TSD probes were modified so that they can be covalently bound to surfaces or macromolecules. Finally, this was used to investigate a biochemically relevant measurement system, opening up a completely new field of application for the TSD method.

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: VI, 141 Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 05 Department of Physics > Institute of Applied Physics
05 Department of Physics > Institute of Applied Physics > Laser und Quantenoptik
05 Department of Physics > Institute for Condensed Matter Physics
05 Department of Physics > Institute for Condensed Matter Physics > Struktur und Dynamik amorpher Systeme
TU-Projects: DFG|BL1192/1-2|TP 4 Solvatationsdyn
Date Deposited: 28 May 2021 11:09
Last Modified: 28 May 2021 11:09
DOI: 10.26083/tuprints-00018610
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-186103
Referees: Blochowicz, Apl. Prof. Thomas ; Walther, Prof. Dr. Thomas
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/18610
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