Když v roce 1912 Max von Laue ukázal, že rentgenové záření podléhá na krystalech difrakci, způsobil tím revoluci v chemii a vysloužil si Nobelovu cenu. Difrakční obrazce představují obrazy rozložení atomů v krystalu a chemikové tak mohou „vidět“ atomy v krystalech. ´
Většina zajímavé chemie se ale odehrává v roztoku. Arzenál metod použitelných ke studiu kapalin je přitom značně omezený. Potíž spočívá v náhodném pohybu molekul v kapalině. V březnovém čísle prestižního časopisu Nature Chemistry nyní vychází práce spojeného týmu experimentátorů z Berlína a teoretiků z Prahy a Heidelbergu ukazující, že rentgenové záření může odhalit i strukturu kapalných roztoků, a to díky elektronům vyletujícím z ozářené kapaliny. Energie těchto elektronů v sobě nese otisk uspořádání atomů v roztoku.
Rentgenové záření je „světlo“ s fotony o velké energii. Molekuly se ozářením ocitnou v ohromně vybuzeném stavu a potřebují se přebytečné energie zbavit. Typicky to odnese některý z elektronů, který je vymrštěn z molekuly - mluvíme o Augerovu ději. Za určitých okolností takto může být „obětován“ i elektron ze sousedních molekul. Takovéto děje byly popsány docela nedávno. Na vývoji v této oblasti se výrazně podílí i Laboratoř teoretické fotodynamiky prof. Petra Slavíčka z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze.
Jeden z těchto dějů, tzv. rozpad zprostředkovaný přenosem elektronu (ETMD, electron transfer mediated decay) zanechává v okolí původně vybuzené molekuly dokonce dvě molekuly s vyraženým elektronem. „Elektrony vyletující z ozářeného roztoku přitom v sobě nesou otisk struktury roztoku, z roztoku létají různé elektrony, záleží na uspořádání molekul,“ vysvětluje RNDr. Eva Muchová z české části mezinárodního týmu.
Popsaný děj byl v kapalinách pozorován vůbec poprvé. „Málokdo je zatím schopen potřebné experimenty provést. Potřebujete zdroj laditelného rentgenového záření a zároveň musíte umět chytat elektrony vyletující po ozáření z kapaliny. Bernd Winter z Berlína vyvíjí techniku kapalných mikrotrysek, díky které je obojí možné,“ říká doktorka Muchová. Vyznat se ve vyletujících elektronech ale zatím nelze bez pomoci kvantové teorie a molekulárních simulací. „Museli jsme najít způsob, jak rozpoznat často se objevující strukturní motivy a jak je přiřadit k experimentálním datům,“ podotýká Eva Muchová.
Možnosti využití děje ETMD jsou ale širší. Vhodně zvolenou energií rentgenového fotonu si můžeme vybrat, jaký atom bude na počátku vybuzen. V jeho bezprostředním okolí jsou generovány agresivní radikály a ionty. „Je tak možné na dálku odpálit molekulární nálož na místě, kde budeme chtít, a v čase, kdy budeme chtít,“ komentuje vedoucí českého týmu profesor Slavíček. Mohlo by tak jít o novou cestu k přetváření materiálů či k vysoce selektivním radioterapiím. To je již ovšem mimo zájem týmu, který se zaměřuje na základní výzkum.
Původní práce:
Observation of electron-transfer-mediated decay in aqueous solution Isaak Unger, Robert Seidel, Stephan Thürmer, Marvin N. Pohl, Emad F. Aziz, Lorenz Sm . Cederbaum, EvaMuchová, Petr Slavíček*, BerndWinter*, Nikolai V. Kryzhevoi* Nature Chemistry, 2017
Rentgenový foton vyrazí vnitřní elektron v iontu lithia (oranžová koule). Nastává přenos elektronu ze sousední molekuly vody k iontu lithia a přenos energie na sousední molekulu chloru (zelená). Krátce nato dojde k vyzáření druhého elektronu z iontu chloru. Zatímco původně ionizovaný ion lithia je opět ve svém původním stavu, dvě sousední molekuly jsou ionizovány.
Detekovat elektrony vzniklé po ozáření vodných roztoků umožňuje technika kapalných mikrotrysek, kterou vyvíjí tým Dr. B. Wintera. Velmi tenký paprsek kapaliny je vstřikován do vakua, kde se po krátké chvíli mění v led. Tak je možné zachovat ultravysoké vakuum a zároveň měřit elektrony vyletující z vodných roztoků.
Nature Chemistry je prestižní impaktovaný vědecký journal, který vychází od dubna roku 2009 každý měsíc. Jeho vydavatelem je Nature Publishing Group. Časopis pokrývá všechny aspekty chemie. Impakt faktor za rok 2015 činil 27.893.
Laboratoř teoretické fotodynamiky (Photox) se zabývá především teoretickým modelováním dějů vyvolaných v molekulách a materiálech pomocí světla. Díky laserovým technologiím je možné s bezprecedentní přesností řídit elektromagnetické záření z pohledu času, energie nebo polohy. Cílem je porozumět, jak je možné řídit s pomocí světla molekuly. Laboratoř se pod vedením profesora Petra Slavíčka zabývá širokým spektrem problémů, věnuje se například fotostabilitě biomolekul, atmosférickým fotochemickým reakcím s přesahem do astrochemie, interakcím molekul s vysokoenergetickým rentgenovým zářením nebo například fotoionizací a přenosem náboje. Značná část práce skupiny je věnována taktéž vývoji nových teoretických method pro výpočty elektronických spekter, nových kvantově chemických přístupů nebo nových přístupů, které umožňují provádět realistické simulace v solvatovaných systémech.
Prof. RNDr. Petr Slavíček, PhD. absolvoval magisterské studium na Přírodovědecké fakultě UK a doktorské studium na Matematicko-fyzikální fakultě UK. Postdoktorskou stáž absolvoval na University of Illinois v USA u profesora Martíneze. Titul profesora obhájil na Vysoké škole chemicko-technologické v Praze. Jako hostující profesor přednášel na třech univerzitách ve Francii. Kromě VŠCHT Praha spolupracuje s Ústavem fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR.
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze je výzkumná technická univerzita s mezinárodním dosahem. Kromě odborného vzdělávání v bakalářských, magisterských a doktorských studijních programech realizuje kvalitní základní a aplikovaný výzkum v širokém spektru chemických, technologických, inženýrských, materiálových, biochemických, biotechnologických, farmaceutických a potravinářských oborů.
Cílem vysoké školy je výchova vzdělaných odborníků pro výrobní praxi, veřejnou a státní správu, stejně jako výchova špičkových výzkumníků a vědců. VŠCHT Praha byla založena v roce 1952 a v současné době ji tvoří čtyři fakulty – Fakulta chemické technologie, Fakulta technologie ochrany prostředí, Fakulta potravinářské a biochemické technologie a Fakulta chemicko-inženýrská.
Psali jsme:
Jste politik? Zveřejněte bez redakčních úprav vše, co chcete. Zaregistrujte se ZDE.
Jste čtenář a chcete komunikovat se svými zastupiteli? Zaregistrujte se ZDE.
