Spektroskopie

Jeder synthetisch arbeitende Chemiker nutzt bei der Charakterisierung von neu hergestellten Verbindungen die Spektroskopie. Über dieses Grundwissen gehen wir in der Laserspektroskopie hinaus. Dort untersuchen wir, welche elektronischen Zustände eines Moleküls oder eines Materials nach Absorption eines Photons erreicht werden: Der angeregte Singulettzustand zeichnet sich durch Fluoreszenz, der angeregte Triplettzustand durch Phosphoreszenz aus. Dabei wird im Arbeitsgruppe Kay die Spinmultiplizität durch EPR (electron paramagnetic resonance)-Spektroskopie nachgewiesen, während sich der Arbeitsgruppe Jung insbesondere auf die ultrasensitive Fluoreszenzspektroskopie bis zum Nachweis einzelner Moleküle fokussiert. Nicht immer können die Übergänge eindeutig molekularen oder atomaren Spezies zugeordnet werden, weswegen dann quantenchemische Rechenverfahren des Arbeitsgruppe Stopkowicz für die Interpretation der Experimente unerlässlich sind.

Dabei lohnt es sich, die Wechselwirkung von Licht mit Materie eingehender zu studieren. Intensive Anregungen führen zu nicht-linearen Effekten: in gefärbten Diamantkristallen gelang es der Arbeitsgruppe Kay erstmals, durch die Verstärkung der Emission bereits bei Raumtemperatur einen kontinuierlich operierenden Maser (microwave amplification by stimulated emission of radiation) zu konstruieren. Des Weiteren wird in der Arbeitsgruppe Kay Laserstrahlung verwendet, um sehr kurzlebige angeregte Zustände von Farbstoffen zu präparieren (z.B. siehe Bild: Pentacen).

In der Arbeitsgruppe Jung werden Fluoreszenzfarbstoffe synthetisiert, mit denen chemische Reaktionen auf dem Einzelmolekülniveau verfolgt werden können. Das Alleinstellungsmerkmal dabei ist, dass sich die Fluoreszenzfarbe vor und nach der Reaktion unterscheidet. Mithilfe der Einzelmolekülmikroskopie kann der Farbwechsel dann verfolgt werden und kurzlebige Intermediate entdeckt werden, die sich der klassischen chemischen Analytik entziehen.