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PC Altklausurfragen > Spektroskopie/Quantenbla > Flashcards

Spektroskopie/Quantenbla Flashcards

1
Q

Welche physikalischen Vorgänge liegen den Spektroskopieverfahren zugrunde?

A
  • Mikrowellenspektroskopie: zugeführte Energie lässt Molekül rotieren
  • Infrarotspektroskopie (IR) : zugeführte Energie bewirkt Schwingung vom Molekül
  • Röntgenbeugung (XRT) : Beugung am Proteinkristall führt zu Interferenz, Zugeführte Energie regt innere Atomorbitale zur Strahlung an
  • UV-vis: Absorption sichtbaren Lichtes, zugeführte Energie regt äußere Atomorbitale an
  • NMR: Orientierung des Kernspins im Magnetfeld
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2
Q

UV/Vis-Spektroskopie zur Konzentrationsbestimmung: welches Gesetz wird dabei genutzt?

A

Lambert-Beersches Gesetz:
E = ε * c * d = lg (I0/I)
mit ε = Extinktionskoeffizient

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3
Q

Wie können Sie ihr Substrat auf Verunreinigungen testen? ( UV/VIS)

A

Bekannte Einzelsprekten vom Gesamtspektrum abziehen

ggf. Einführen einer dritten Gleichung

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4
Q

Nenne Sie 3 Anwendungen der UV-Vis-Spektroskopie!

A

Beobachtung/Bestimmung von: Konzentration, Fluoreszenz, Komplexbildung, Reaktionen, Anzahl/Art von versch Bindungen

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5
Q

Was passiert bei einem Absorptionsvorgang?

A

Anregung in einen höheren elektronischen Schwingungszustand

Homo->Lumo

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6
Q

Erklären sie das Überlappungsverbot

A

Übergänge sind nur zwischen überlappenden Molekülorbitalen möglich, da sich die Bindungsabstände nicht verändern und der Übergang vertikal erfolgt (vgl Franck-Condon)

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7
Q

Was bezeichnet man als HOMO?

A

Grundzustand: highest occupied molecular orbital → Außenelektronen im Orbital haben niedrigste Energie

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8
Q

Beschreiben Sie die Entstehung von Fluoreszenz!

A

Rückkehr aus einem angeregten elektronischen Schwingungszustand in den Grundzustand unter Abstrahlung von Licht. Vorangegangen ist eine Absorption und ggf Schwingungsrelaxation durch Internal Conversion, welche zur Rotverschiebung zwischen Exzitation und Emission führt.

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9
Q

In welchen Zeitbereichen erfolgen:
Absorption
Fluoreszenz
Phosphoreszenz

A

Absorption: Femtosekunden,
Fluoreszenz: Nanosekunden,
Phosphoreszenz: bis hin zu Stunden

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10
Q

Was versteht man unter Auswahlregeln?

A

Regeln für mögliche Übergänge zwischen Quantenmechanischen Zuständen
Δn=beliebig, Δl=+/-1, Δml=+/-1

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11
Q

Erklären Sie die Paritätsregel!

A

Ist eine Auswahlregel erlaubter elektronischer Übergänge, nach welcher Übergänge zwischen Zuständen gleicher Parität, also gleicher räumlicher Spiegelsymmetrie, nicht erlaubt sind. Sie ist nur relevant für Moleküle hoher Symmetrie.
Symmetrieverbot:
Grade ungerade (erlaubt)
geradegerade etc (nicht erlaubt)

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12
Q

Wieso sind Triplettzustände oft langlebig?

A

Da die Übergänge Singulett-Triplett-Singulett (ISC) quantenmechanisch verboten sind finden diese selten und in der Summe folglich langsam statt.

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13
Q

Wieso ist die Phosphoreszenz oft langlebig?

A

Da sie ein quantenmechanisch verbotenes Inter System Crossing erfordert, welches nur selten und in der Summe folglich nur langsam stattfindet.

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14
Q

Was ist Solvatichromismus und wodurch entsteht der Effekt?

A

Als Solvatichromismus bezeichnet man den Lösungsmitteleffekt, d.h. die absorbierte Farbe hängt auch von der Wahl des Lösungsmittels ab. Es kommt zu einer Änderung von ΔE durch Stabilisierung des oberen oder unteren Energielevels, z.B. durch die Polarität des Lösungsmittels.

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15
Q

Wie viele Schwingungsmöglichkeiten hat ein lineares Molekül aus 5 Atomen?

A

Ein lineares Molekül hat 3n-5 Schwingungsmöglichkeiten → 3*5 - 5 = 10

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16
Q

Wieviele Schwingungsfreiheitsgrade weist ein nichtlineares Molekül aus n Atomen auf?

A

3n-6

17
Q

Nennen Sie den Gleichverteilungssatz!

A

Ekin=n⋅kT/2

18
Q

Wieviele Freiheitsgrade hat ein aus 11 Atomen bestehendes Molekül?

A

3N Freiheitsgrade = 33 Freiheitsgrade (sofern nicht-linear)

19
Q

Wieviele Banden hat ein Molekül aus 11 Atomen im IR-Spektrum maximal?

A

3n-6 Freiheitsgrade für Schwingungen = 27 Banden (theoretisch, maximal) im allgemeinen werden aber nicht alle Schwingungen im Spektrum beobachtet

20
Q

Eine Mischphase besteht aus 3 Lipidarten. Wie viele Freiheitsgrade hat diese Mischphase?

A

Freiheitsgrade = Komponentenzahl – Phasenzahl + 2 = 3 – 1 + 2 = 4

21
Q

Welche dieser Schwingungen werden im IR-Spektrum sichtbar?

A

IR-Strahlung wird nur dann absorbiert, wenn sich im Verlauf der Schwingung des elektrische Dipolmoment des Moleküls ändert (z.B. H20) Auswirkung auf das Spektrum also nur bei heteronuklearen Molekülen möglich
weitere Auswahlregel zur Quantelung:
ESchwing=(n+1⁄2)/2π⋅h⋅f0

22
Q

Welche Schwinungen werden im IR-Spektrum nicht sichtbar?

A

Schwingungen von homonuklearen Molekülen und solche, die der Auswahlregel nicht entsprechen

23
Q

Biologisch relevante Anwendungen der Infrarotspektroskopie:

A

Nachweis von Phasenübergängen, Darstellung von Kontaktstellen (Pharmakologie)

24
Q

Vorteil der Ramanspektroskopie gegenüber der IR-Spektroskopie:

A

ist komplementär zu IR, Wasser ist hier also nicht aktiv, weshalb sich biologische Gewebe darstellen lassen

25
Q

Erklären sie das Prinzip der FTIR-Spektroskopie!

A

= Fourier-Transpormations-IR-Spektroskopie
im Strahlengang wird durch ein Spiegelsystem ein Michelson-Interferometer gebildet
das gemessene Interferogramm wird über eine Fourier-Transformation in ein IR-Spektrum gewandelt

26
Q

Was bezeichnet man als FRET?

A

Förster-Resonanz-Energietransfer, Energie eines angeregten Donorfarbstoffes wird strahlungsfrei an einen nahen Akzeptorfarbstoff übertragen

27
Q

Anwendung von FRET?

A

Als Kalzium- oder DNA-Sensor

28
Q

Voraussetzungen zu FRET geeigneter Farbstoffe?

A

Hinreichende Nähe (<100A), müssen fluoreszieren können, Donor-Akzeptor-Überlapp in Fluoreszenzwellenlänge

29
Q

Wie speichern Moleküle Energie ?

A
  • kinetisch: Translation, Rotation, Schwingung

* Bindungsenergie: Elektronen bewegen sich im Feld der Kerne

30
Q

Frage2: Welche dieser Energien sind gequantelt ?

A

• gebundene Bewegungen: Rotation, Schwingung, Elektronenorbitale
• nicht gequantelt: freie Translation,
Bewegung in großen Gebieten (Quantelung bedeutungslos)

31
Q

Frage3: wie kann man einem Molekül Energie zuführen:

A
  • mechanisch: thermische Stöße  T-Erhöhung

* elektrisch: Ladungen in Bewegung versetzen (Elektronen, Kerne: Spektroskopie)

32
Q

Frage4: wieviele Energiespeicher gibt es pro Molekül ?

A
  • allgemein. Anzahl der Speicher (für kinetische Energie) = Nr der Bewegungsfreiheitsgrade : (FG=unabhängige Bewegungsmöglichkeit),
  • Atom : hat 3 Freiheitsgrade (x,y,z-Richtung)
  • Molekül: jedes Atom hat daher 3 Freiheitsgrade. N-Atome (=Molekül)

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