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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳明維
研究生(外文):Ming-Wei Chen
論文名稱:乙二醛與乙醛分子在近甲醛基生成門檻區域之光譜、量子脈搏與動態學研究
論文名稱(外文):Spectroscopy, Quantum Beats and Dynamical Study at Near Formation Threshold for Fragment HCO of Glyoxal and Acetaldehyde
指導教授:陳益佳
指導教授(外文):I-Chia Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:178
中文關鍵詞:乙二醛乙醛能態解析光譜自旋-軌道交互作用量子脈搏甲醛基生成門檻解離動態學閘道能階
外文關鍵詞:glyoxalacetaldehydestate-resolved spectroscopyspin-orbit interactionquantum beatsformation thresold for fragment HCOdissociation dynamicsgate states
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利用超音分子射束結合雷射誘發螢光法進行逆式乙二醛分子 1Au - 1Ag電子躍遷在近解離門檻的能態解析光譜、量子脈搏、螢光放光與動態學研究。能態解析的光譜研究中(光譜解析度約0.03-0.04 cm-1),我們在25 305-25 353 cm-1間指認了三個相近的c型躍遷譜帶、一個a/b混型躍遷譜帶以及一個a型躍遷譜帶與b型躍遷譜帶,轉動結構符合非對稱轉子之模型。同時針對單一之振動轉動能階進行螢光放光與量子脈搏的研究,單、三重態藉由自旋-軌道交互作用形成本徵態經雷射同調激發後,螢光放光呈現規律振盪的現象,經過傅立葉轉換方法分析,得到耦合常數約為1-24 MHz,搏動頻率為零的譜線生命期多在400-800 ns之間,而頻率不為零的譜線生命期約在58-300 ns之間,但各參數與轉動量子數並無明顯相依。同時以螢光雙自然指數的方式最小平方試合得出螢光衰減的生命期,代表本徵態佈居數衰減的緩慢衰減時間常數約為500-1100 ns,而快速衰減之時間常數多短於300 ns。利用激發-偵測技術,我們以另一道雷射偵測逆式乙二醛被激發後的產物,由產物光譜確定了甲醛基產物的存在,其單一自然指數生成時間常數約300-500 ns,比真正的三重態生命期長,但較接近搏動頻率為零之譜線生命期。比較量子脈搏、螢光放光與甲醛基生成速率,顯示出逆式乙二醛分子的跨自旋系統轉移速率接近於雙自然指數試合之緩慢速率,是生成甲醛基途徑中的速率決定步驟。利用光解裂片螢光光譜方法,發現部分逆式乙二醛的轉動態之甲醛基產率較高,將分析結果交叉比較,發現甲醛基產率提昇的「閘道能階」同時伴隨著搏動頻率為零之譜線生命期比本徵態佈居數平均衰減(雙自然指數衰減中的tslow)短約兩倍,顯示單重態的「閘道能階」的跨自旋系統轉移速率快於其他單重態衰減方式。乙醛光譜與動態學研究中,針對已有之光譜與量子脈搏數據加以分析。兩個譜帶位於31 275.077 cm-1與31 295.844 cm-1,目前暫時分別指認為 與 ,量子脈搏的結果分析中發現與轉動量子數不存在相依性,但隨能量提升,搏動頻率數量增加與三重態生命期縮短的現象,已分析的耦合常數大小在0.6-54 MHz之間且隨能量增加沒有增大趨勢,因此頻率數量增加顯示三重態密度提升,三重態生命期的縮短則是甲醛基解離速率提升所造成。乙醛分子搏動頻率為零之譜線生命期與頻率不為零之譜線生命期相近,顯示本徵態生命期主要為三重態所決定而非跨自旋系統轉移過程。
第一章 乙二醛分子在近甲醛基光解門檻之光譜、量子脈搏與
動態學研究..........................................1
1-1 緒論.................................................1
1-1-1 前言.............................................1
1-1-2 乙二醛分子光譜...................................1
1-1-3 解離機制.........................................3
1-2 實驗.................................................8
1-2-1 乙二醛(Glyoxal)的製備..........................8
1-2-2 分子射束(Supersonic Jet).......................8
1-2-3 實驗系統........................................10
1-2-3-1 乙二醛螢光光譜及量子脈搏實驗................10
1-2-3-1-1 中低解析度螢光光譜......................10
1-2-3-1-2 高解析度螢光光譜........................11
1-2-3-1-3 量子脈搏實驗............................15
1-2-3-2 甲醛基(HCO)的光譜與產物甲醛基生成速率實驗...15
1-2-3-2-1 甲醛基螢光光譜..........................15
1-2-3-2-2 產物甲醛基生成速率實驗..................16
1-2-4 訊號偵測方式....................................17
1-3 原理................................................21
1-3-1 乙二醛光譜分析方法..............................21
1-3-1-1 結構與電子組態..............................21
1-3-1-2 轉動光譜....................................22
1-3-1-3 原子核自旋能階(Nuclear Spin Statistics)...25
1-3-1-4 躍遷選擇率(Selection Rules)...............27
1-3-2 量子脈搏(Quantum Beats).......................29
1-3-2-1 簡單的同調激發模型(Simple Coherent
Excitation Model)..........................29
1-3-2-2 自旋-軌道交互作用下單三重態耦合展現之量子
脈搏現象....................................30
1-3-2-3 量子脈搏傅立葉轉換光譜(Fourier
Transformation Spectra and Quantum Beats)..32
1-3-2-3-1 強烈耦合(Strong Coupling)情況.........32
1-3-2-3-2 弱耦合(Weak Coupling)狀況.............35
1-3-3 能量轉移模式....................................36
1-3-3-1 小分子模式(Small Molecule Case)...........36
1-3-3-2 大分子模式(Statistical Case)..............37
1-3-3-3 中間型分子模式(Intermediate Case).........37
1-4 實驗結果與數據分析..................................46
1-4-1 乙二醛螢光光譜..................................46
1-4-1-1 轉動光譜....................................46
1-4-1-1-1 光譜特徵................................48
1-4-1-1-2 轉動結構................................49
1-4-1-1-3 異常譜線強度............................50
1-4-1-2 量子脈搏(Quantum Beats)...................52
1-4-2 光解產物甲醛基(HCO)研究.......................55
1-4-2-1 光解裂片激發光譜(PHOFEX,Photofragment
Excitation Spectrum).......................55
1-4-2-2 產物甲醛基的生成速率(Appearance Rate).....57
1-5 討論...............................................112
1-5-1 甲醛基生成途徑.................................112
1-5-2 能量轉移與分解途徑.............................114
1-5-3 跨自旋系統轉移引發之閘道能階...................115
1-5-3-1 乙二醛分子在近解離門檻附近的閘道能階.......115
1-5-3-2 U系列振動能級中的閘道能階..................116
1-5-3-3 閘道能階與跨自旋轉移效率的關連.............117
1-5-3-4 耦合之三重態生命期探討.....................119
1-5-3-5 乙二醛分子在解離能障頂點附近的能階特性與
甲醛基生成.................................119
1-6 結論...............................................135
1-7 參考文獻...........................................137
第二章 高解析度乙醛分子光譜與量子脈搏分析及動態學探討....139
2-1 緒論...............................................139
2-2 原理...............................................141
2-2-1 分子內轉動與穿隧效應...........................141
2-2-2 醛基上氫原子遠離分子面擺動(Inversion)........142
2-2-3 躍遷選擇率(Selection Rules)..................142
2-2-4 能量運算子(Hamiltonian)......................144
2-2-5 能量表示法.....................................145
2-3 結果分析與討論.....................................148
2-3-1 光譜分析.......................................148
2-3-2 量子脈搏分析...................................150
2-4 結論...............................................176
2-5 參考文獻...........................................178
第一章 參考文獻
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